CN111631733A - 一种动脉血液光谱检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供一种动脉血液光谱检测方法及装置。所述方法包括：S1、获取待测部位的连续n个脉搏波瞬时强度及其发生时间；S2、根据预设条件、连续n个脉搏波瞬时强度及其发生时间，得到特征时刻；S3、在特征时刻执行第一预设时长的光谱积分，得到第一光谱S₁；S4、等待第二预设时长后，再次执行第一预设时长的光谱积分，得到第二光谱S₂；S5、根据第一光谱S₁和第二光谱S₂，得到初始动脉血液光谱S₀；S6、重复步骤S1‑S5直至预设周期，得到最终动脉血液光谱S。本发明通过获取人体待测部位的脉搏波瞬时强度，最终得到动脉血液光谱，将动脉血液光谱分离出来，供血液成分检测，具有方法简单和成本较低的优点。

Description

一种动脉血液光谱检测方法及装置

技术领域

本发明涉及动脉血液检测技术领域，特别是指一种动脉血液光谱检测方法及装置。

背景技术

传统人体组织成分的活体检测是通过侵入式的方法，侵入式的方法带来的疼痛，影响有长期监测需求的群体的生活质量。在解决侵入式检测问题上,光谱技术是一个很好的方案。

在光谱学技术中，荧光光谱或拉曼光谱都是用单色或近单色光去激发待测物，产生具有特征性的光谱并收集、分光和探测的技术。其特征光谱的有无可以用于检测特定物质的存在与否，光谱的强度反映了对应物质的丰度。

光谱法因为其无创的特性，在人体成分检测方面显示了巨大潜力，但人体组织成分复杂，测得的光谱是来自动脉血、静脉血以及其他组织的混合光谱，不利于和目前主流的血液成分检测结果对比。

发明内容

本发明要解决的技术问题是一种动脉血液光谱检测方法及装置，以解决现有测得的光谱是混合光谱，不利于和目前主流的血液成分检测结果对比的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种动脉血液光谱检测方法，包括：

S1、获取待测部位的连续n个脉搏波瞬时强度及其发生时间，n为大于1500的整数；

S2、根据预设条件、连续n个脉搏波瞬时强度及其发生时间，得到特征时刻；

S3、在特征时刻执行第一预设时长的光谱积分，得到第一光谱S₁；

S4、等待第二预设时长后，再次执行第一预设时长的光谱积分，得到第二光谱S₂；

S5、根据第一光谱S₁和第二光谱S₂，得到初始动脉血液光谱S₀；

S6、重复步骤S1-S5直至预设周期，得到最终动脉血液光谱S。

进一步地，步骤S2根据预设条件、连续n个脉搏波瞬时强度及其发生时间，得到特征时刻，包括：

连续n个脉搏波瞬时强度组成数组f(n)＝{y(1),y(2),...,y(n-1),y(n)}，y(n)为脉搏波瞬时强度；

若某个时刻的脉搏波瞬时强度符合预设条件，则该脉搏波瞬时强度发生的时间，为特征时刻。

进一步地，步骤S2中的预设条件为：

y(n)在n∈[n-15,n]区间内满足y(n)＞y(n-1)，且y(n)＞[max(f(n))+min(f(n))]/2，且y(n-1)≤[max(f(n))+min(f(n))]/2，且n>3k；

其中，k为1秒内获取的脉搏波瞬时强度的次数，k大于等于500，max(f(n))为数组f(n)中的最大值，min(f(n))为数组f(n)中的最小值。

进一步地，步骤S1中，步骤S5根据第一光谱S₁和第二光谱S₂，得到初始动脉血液光谱S₀，包括：

第二光谱S₂与第一光谱S₁的差值，确定为初始动脉血液光谱S₀。

进一步地，待测部位包括指尖、手掌、耳朵、手臂和腹部。

本发明的第二个方面，提供了一种动脉血液光谱检测装置，包括：

获取模块，用于获取待测部位的连续n个脉搏波瞬时强度及其发生时间，n为大于1500的整数；

判断模块，用于根据预设条件、连续n个脉搏波瞬时强度及其发生时间，得到特征时刻；

第一计算模块，用于在特征时刻执行第一预设时长的光谱积分，得到第一光谱S₁；

第二计算模块，用于等待第二预设时长后，发送信号至获取模块，得到第二光谱S₂；

第三计算模块，用于根据第一光谱S₁和第二光谱S₂，得到初始动脉血液光谱S₀；

第四计算模块，用于根据初始动脉血液光谱S₀，得到最终动脉血液光谱S。

进一步地，判断模块，具体用于：

连续n个脉搏波瞬时强度组成数组f(n)＝{y(1),y(2),...,y(n-1),y(n)}，y(n)为脉搏波瞬时强度；

若某个时刻的脉搏波瞬时强度符合预设条件，则该脉搏波瞬时强度发生的时间，为特征时刻。

进一步地，判断模块的预设条件为：

y(n)在n∈[n-15,n]区间内满足y(n)＞y(n-1)，且y(n)＞[max(f(n))+min(f(n))]/2，且y(n-1)≤[max(f(n))+min(f(n))]/2，且n>3k；

其中，k为1秒内获取的脉搏波瞬时强度的次数，k大于等于500，max(f(n))为数组f(n)中的最大值，min(f(n))为数组f(n)中的最小值。

进一步地，第三计算模块，具体用于：

将第二光谱S₂与第一光谱S₁的差值，确定为初始动脉血液光谱S₀。

本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

本发明的上述方案，通过获取人体待测部位的连续n个脉搏波瞬时强度及其发生时间，进而判断得到特征时刻，并在特征时刻执行预设时长的光谱积分，从而得到第一光谱和第二光谱，最终得到动脉血液光谱，将动脉血液光谱分离出来，供血液成分检测，具有方法操作和装置结构简单、操作方便和成本较低，以及无创获取动脉血液的光谱的优点。

附图说明

图1是本发明的一种动脉血液光谱检测方法的步骤图；

图2是本发明的一种动脉血液光谱检测装置的器件连接图；

图3是本发明的一种动脉血液光谱检测方法的工作流程图；

图4是脉搏波瞬时强度构成的脉搏波曲线和特征时刻示意图。

图3中的附图标记说明：待测部位1，光源2，分光器件3，光谱探头31，探测器4，脉搏检测组件5，信号分析控制及输出组件6。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，本发明的实施例提出一种动脉血液光谱检测方法，包括：

S1、获取待测部位的连续n个脉搏波瞬时强度及其发生时间，n为大于1500的整数；

S2、根据预设条件、连续n个脉搏波瞬时强度及其发生时间，得到特征时刻；

S3、在特征时刻执行第一预设时长的光谱积分，得到第一光谱S₁；

S4、等待第二预设时长后，再次执行第一预设时长的光谱积分，得到第二光谱S₂；

S5、根据第一光谱S₁和第二光谱S₂，得到初始动脉血液光谱S₀；

S6、重复步骤S1-S5直至预设周期，得到最终动脉血液光谱S。

本发明通过获取人体待测部位的连续n个脉搏波瞬时强度及其发生时间，进而判断得到特征时刻，并在特征时刻执行预设时长的光谱积分，从而得到第一光谱和第二光谱，最终得到动脉血液光谱，将动脉血液光谱分离出来，供血液成分检测，具有方法简单、操作方便和成本较低的优点。

本发明的一可选实施例中，步骤S2根据预设条件、连续n个脉搏波瞬时强度及其发生时间，得到特征时刻，包括：

连续n个脉搏波瞬时强度组成数组f(n)＝{y(1),y(2),...,y(n-1),y(n)}，y(n)为脉搏波瞬时强度；

若某个时刻的脉搏波瞬时强度符合预设条件，则该脉搏波瞬时强度发生的时间，为特征时刻。

本发明的一可选实施例中，步骤S2中的预设条件为：

y(n)在n∈[n-15,n]区间内满足y(n)＞y(n-1)，且y(n)＞[max(f(n))+min(f(n))]/2，且y(n-1)≤[max(f(n))+min(f(n))]/2，且n>3k；

其中，k为1秒内获取的脉搏波瞬时强度的次数，k大于等于500，max(f(n))为数组f(n)中的最大值，min(f(n))为数组f(n)中的最小值。

本发明的一可选实施例中，步骤S1中，步骤S5根据第一光谱S₁和第二光谱S₂，得到初始动脉血液光谱S₀，包括：

第二光谱S₂与第一光谱S₁的差值，确定为初始动脉血液光谱S₀。

具体公式为：S₀＝S₂-S₁。

本发明的一可选实施例中，待测部位包括指尖、手掌、耳朵、手臂和腹部。选取多个待测部位，有利于提高最终结果的准确性。

如图2所示，本发明的实施例提出一种动脉血液光谱检测装置，包括：

获取模块，用于获取待测部位的连续n个脉搏波瞬时强度及其发生时间，n为大于1500的整数；

判断模块，用于根据预设条件、连续n个脉搏波瞬时强度及其发生时间，得到特征时刻；

第一计算模块，用于在特征时刻执行第一预设时长的光谱积分，得到第一光谱S₁；

第二计算模块，用于等待第二预设时长后，再次执行第一预设时长的光谱积分，得到第二光谱S₂；

第三计算模块，用于根据第一光谱S₁和第二光谱S₂，得到初始动脉血液光谱S₀；

第四计算模块，用于根据初始动脉血液光谱S₀，得到最终动脉血液光谱S。

本发明通过获取人体待测部位的连续n个脉搏波瞬时强度及其发生时间，进而判断得到特征时刻，并在特征时刻执行预设时长的光谱积分，从而得到第一光谱和第二光谱，最终得到动脉血液光谱，将动脉血液光谱分离出来，供血液成分检测，具有装置结构简单和成本较低的优点。

本发明的一可选实施例中，，判断模块，具体用于：

连续n个脉搏波瞬时强度组成数组f(n)＝{y(1),y(2),...,y(n-1),y(n)}，y(n)为脉搏波瞬时强度；

若某个时刻的脉搏波瞬时强度符合预设条件，则该脉搏波瞬时强度发生的时间，为特征时刻。

本发明的一可选实施例中，判断模块的预设条件为：

y(n)在n∈[n-15,n]区间内满足y(n)＞y(n-1)，且y(n)＞[max(f(n))+min(f(n))]/2，且y(n-1)≤[max(f(n))+min(f(n))]/2，且n>3k；

其中，k为1秒内获取的脉搏波瞬时强度的次数，k大于等于500，max(f(n))为数组f(n)中的最大值，min(f(n))为数组f(n)中的最小值。

本发明的一可选实施例中，第三计算模块，具体用于：

将第二光谱S₂与第一光谱S₁的差值，确定为动脉血液光谱S。

本发明的一可选实施例中，待测部位包括指尖、手掌、耳朵、手臂和腹部。

需要说明的是，该装置是与上述图1所述的方法对应的装置，所示方法中的所有实现方式均适用于该装置的实施例中，也能达到同样的技术效果。

基于心脏脉搏引起动脉血管中血液容积周期性变化进而使动脉血的光谱强度随之波动。探测器探测的发光强度I可表示为：

其中E₀是入射光强，N为被测物浓度，η为探测器光电转换效率，dΩ_det为探测器接收立体角，

为由物质种类决定的微分发光截面。V为样本体积。

人体光谱的采集是由一束激发光照射体表，然后用探头收集散射光并依次经过分光器件和探测器。这个过程中，入射光强，被测物浓度，探测器光电转换效率，探测器接收立体角和微分发光截面都没有发生变化，只有样本体积发生了变化，原因正是动脉血管血液容积随脉搏的周期性变化。从而表现出脉搏舒张时血液容积大，光谱强度大于脉搏收缩时血液光谱强度。将脉搏舒张时光谱与脉搏收缩时光谱作差，得到的差值光谱即为来自动脉的信息，来自其它组织的信息被抵消。图4中A，B，C，D分别代表特征时刻A，B，C，D；S₁代表大血液容积时的光谱，S₂代表小血液容积时候光谱；其中S₁发生在特征时刻A与特征时刻B之间，特征时刻A与特征时刻B之间的时间差为积分时间t，S₂发生在特征时刻C与特征时刻D之间，特征时刻C与特征时刻D之间的时间差为积分时间t。

如图3和图4所示，本发明实施例的一种动脉血液光谱检测方法的一个工作流程是：

脉搏检测组件5利用压电薄膜传感器感触脉搏搏动产生的压力，以获取脉搏波瞬时强度；光源2选用785nm窄线宽半导体激光器，待测部位以手指为例，将待测部位1处于光源2和光谱探头31之间，光谱探头31靠近待测部位1，以尽可能多的收集光谱信号，脉搏检测组件5探测的位置与光谱探头31在待测部位1上探测的位置同侧且相近。脉搏检测组件5与信号分析控制及输出组件6相连，信号分析控制及输出组件6与探测器4相连。分光器件3和光谱探头31相连，将光谱探头31收集的混合波长光信号分成一系列单波长光信号，即光谱信号。探测器4能够将光信号转化成电信号并提供给信号分析控制及输出组件6。打开光源2和脉搏检测组件5，脉搏检测组件5探测待测部位1附近压力转换为脉搏波信号，并将脉搏波信号输出到信号分析控制及输出组件6中。信号分析控制及输出组件6记录脉搏检测组件5某个时刻采集(或者说某个时间发生)的脉搏波强度y(n)，将包含当前时刻的连续n个脉搏波瞬时强度记为数组f(n)＝{y(1),y(2),...,y(n-1),y(n)}，如果当前时刻的脉搏波瞬时强度同时满足下述4个条件时，则当前时刻定义为特征时刻A。

(1)y(n)在n∈[n-15,n]区间内满足y(n)＞y(n-1)；

(2)y(n)＞[max(f(n))+min(f(n))]/2；

(3)y(n-1)≤[max(f(n))+min(f(n))]/2；

(4)n>3k。

上述中，所述k为脉搏检测组件1秒内采集脉搏波瞬时强度的次数，k大于等于500。所述max(f(n))为数组f(n)中的最大值，所述min(f(n))为数组f(n)中的最小值。

当信号分析控制及输出组件6获取到特征时刻A后，立即产生触发信号，触发探测器4执行时间为t＝100ms的光谱积分，记为光谱S₁，探测器4光谱积分终止时刻为特征时刻B。当光谱S₁积分结束后，等待300ms(可以根据需要进行设置)，信号分析控制及输出组件6再次触发探测器4执行光谱积分并以此时为特征时刻C，积分时间依然为t＝100ms，记为光谱S₂，终止时刻为特征时刻D。在一个脉搏波周期内，信号分析控制及输出组件6在特征时刻D出现之前不再执行特征时刻A检测，在特征时刻D出现后周期性重复以上操作。信号分析控制及输出组件6将两段光谱作差，获得光谱S₀＝S₂-S₁。最终光谱S为多个周期内S2-S1累加的结果。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种动脉血液光谱检测方法，其特征在于，包括：

S1、获取待测部位的连续n个脉搏波瞬时强度及其发生时间，n为大于1500的整数；

S2、根据预设条件、连续n个脉搏波瞬时强度及其发生时间，得到特征时刻；

S3、在特征时刻执行第一预设时长的光谱积分，得到第一光谱S₁；

S4、等待第二预设时长后，再次执行第一预设时长的光谱积分，得到第二光谱S₂；

S5、根据第一光谱S₁和第二光谱S₂，得到初始动脉血液光谱S₀；

S6、重复步骤S1-S5直至预设周期，得到最终动脉血液光谱S。

2.根据权利要求1所述的动脉血液光谱检测方法，其特征在于，步骤S2根据预设条件、连续n个脉搏波瞬时强度及其发生时间，得到特征时刻，包括：

连续n个脉搏波瞬时强度组成数组f(n)＝{y(1),y(2),...,y(n-1),y(n)}，y(n)为脉搏波瞬时强度；

若某个时刻的脉搏波瞬时强度符合预设条件，则该脉搏波瞬时强度发生的时间，为特征时刻。

3.根据权利要求2所述的动脉血液光谱检测方法，其特征在于，步骤S2中的预设条件为：

y(n)在n∈[n-15,n]区间内满足y(n)＞y(n-1)，且y(n)＞[max(f(n))+min(f(n))]/2，且y(n-1)≤[max(f(n))+min(f(n))]/2，且n>3k；

其中，k为1秒内获取的脉搏波瞬时强度的次数，k大于等于500，max(f(n))为数组f(n)中的最大值，min(f(n))为数组f(n)中的最小值。

4.根据权利要求3所述的动脉血液光谱检测方法，其特征在于，步骤S5根据第一光谱S₁和第二光谱S₂，得到初始动脉血液光谱S₀，包括：

第二光谱S₂与第一光谱S₁的差值，确定为初始动脉血液光谱S₀。

5.根据权利要求4所述的动脉血液光谱检测方法，其特征在于，待测部位包括指尖、手掌、耳朵、手臂和腹部。

6.一种动脉血液光谱检测装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取待测部位的连续n个脉搏波瞬时强度及其发生时间，n为大于1500的整数；

判断模块，用于根据预设条件、连续n个脉搏波瞬时强度及其发生时间，得到特征时刻；

第一计算模块，用于在特征时刻执行第一预设时长的光谱积分，得到第一光谱S₁；

第二计算模块，用于等待第二预设时长后，再次执行第一预设时长的光谱积分，得到第二光谱S₂；

第三计算模块，用于根据第一光谱S₁和第二光谱S₂，得到初始动脉血液光谱S₀；

第四计算模块，用于根据初始动脉血液光谱S₀，得到最终动脉血液光谱S。

7.根据权利要求6所述的动脉血液光谱检测装置，其特征在于，判断模块，具体用于：

连续n个脉搏波瞬时强度组成数组f(n)＝{y(1),y(2),...,y(n-1),y(n)}，y(n)为脉搏波瞬时强度；

若某个时刻的脉搏波瞬时强度符合预设条件，则该脉搏波瞬时强度发生的时间，为特征时刻。

8.根据权利要求7所述的动脉血液光谱检测装置，其特征在于，判断模块中的预设条件为：

y(n)在n∈[n-15,n]区间内满足y(n)＞y(n-1)，且y(n)＞[max(f(n))+min(f(n))]/2，且y(n-1)≤[max(f(n))+min(f(n))]/2，且n>3k；

其中，k为1秒内获取的脉搏波瞬时强度的次数，k大于等于500，max(f(n))为数组f(n)中的最大值，min(f(n))为数组f(n)中的最小值。

9.根据权利要求8所述的动脉血液光谱检测装置，其特征在于，第三计算模块，具体用于：

将第二光谱S₂与第一光谱S₁的差值，确定为初始动脉血液光谱S₀。

10.根据权利要求9所述的动脉血液光谱检测装置，其特征在于，待测部位包括指尖、手掌、耳朵、手臂和腹部。

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