CN113631086A - 血压测量装置和用于该装置的方法 - Google Patents

Abstract

[问题]提供一种通过非侵入脂质测量来测量血压的装置。[解决方案]本发明具有：照射单元，其用于将周期性光照射到对象上，该对象具有在表面上的第一层和在第一层下方、比第一层吸收更多量的光的第二层；光强度检测单元，其设置在距照射单元一距离处，在该距离处，周期性的光穿过第一层和第二层并且被检测为已经失去周期性的光；光强度检测单元，其检测从对象发射的已经失去周期性的光的强度；和控制单元，其用于根据已经失去周期性的光的强度来计算对象中的血压。

Description

血压测量装置和用于该装置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于测量血压的装置和用于该装置的方法。

背景技术

在相关技术的基于光的生物计量学中，已经进行了各种分析创新来利用吸收和散射这两种现象。

例如，专利文献1示出了用于在单次测量操作中导出散射系数和吸收系数的方法。

引用列表

专利文献

专利文献1：国际公布No.2014/087825

发明内容

技术问题

然而，在专利文献1中所示的方法中，假设任何对象都是均匀的层，使得在由多个层形成的生物体的测量中需要进一步提高精度。此外，生物测量的精度的提高可能导致血压测量的可能性。

本发明是为了解决现有技术的问题而做出的，并且提供了一种用于基于非侵入脂质测量来测量血压的装置和方法。

问题的解决方案

根据本发明的血压测量装置包括：光辐射器，其向对象辐射具有周期性的光，对象具有在对象的表面处的第一层和位于第一层下方并且比第一层吸收更多量的光的第二层；光强度检测器，其设置在一距离处，越过该距离，具有周期性的光从光辐射器穿过第一层和第二层并且被检测为已经失去周期性的光，光强度检测器检测从对象发射并且已经失去周期性的光的强度；和控制器，其根据已经失去周期性的光的强度来计算对象中的血压。

根据本发明的测量装置是可通信地连接到用户装置的血压测量装置，血压测量装置包括：光辐射器，其向对象辐射具有周期性的光，对象具有在对象的表面处的第一层和位于第一层下方并且比第一层吸收更多量的光的第二层；和光强度检测器，其设置在一距离处，越过该距离，具有周期性的光从光辐射器穿过第一层和第二层并且被检测为已经失去周期性的光，光强度检测器检测从对象发射并且已经失去周期性的光的强度，并且血压测量装置包括控制器，控制器根据已经失去周期性的并且从用户装置传输的光的强度来计算对象中的血压。

根据本发明的血压测量方法包括：向对象辐射具有周期性的光，对象具有在对象的表面处的第一层和位于第一层下方并且比第一层吸收更多量的光的第二层；在一位置处，检测从对象发射并且已经失去周期性的光的强度，在该位置处，具有周期性的光从辐射位置穿过第一层和第二层并且被检测为已经失去周期性的光；和根据已经失去周期性的光的强度来计算对象中的血压。

本发明的有利效果

根据本发明的血压测量装置和用于该装置的方法允许进行血压测量。

附图说明

[图1]示出光的周期性。

[图2]示出光的扰动周期性。

[图3]示出两层系统。

[图4]示出波高与血压之间的相关性。

[图5]示出根据实施例的血压测量装置的配置的示例。

[图6A]示出光强度检测器设置在相对的表面上的示例。

[图6B]示出光强度检测器设置在相对的表面上的另一示例。

[图7]是根据实施例的血压测量装置的框图。

[图8]是根据另一实施例的血压测量装置的配置的示例。

[图9]是根据实施例的血压测量方法的流程图。

具体实施方式

首先，将描述根据实施例的血压测量装置以及用于该装置的方法所采用的测量原理。

周期性光(比如来自荧光灯的光)作为具有周期性的光发射，并且所接收的光的强度也相应地改变，如图1所示。

当周期性光进入散射吸收体时，光会失去其周期性，如图2所示。在预定周期内接收的入射光的强度的最大值(图2中的A)与最小值(图2中的B)之间的差(图2中的C)称为波高。周期性乍看之下似乎是杂乱的。尽管似乎失去了周期性，但受吸收散射体的吸收的影响最小的光子提供最大值和最小值，并且由于吸收而丢失的光子以杂乱状态的形式出现。

上述现象适用于例如图3所示的两层系统，其由散射体薄膜层(第一层)和在散射体薄膜层下方的吸收散射体(第二层)形成。在两层具有不同折射率的情况下，入射光X在第一层中扩散，使得进入第二层的光量减少。

即，光接收部分A接收两种类型的光：仅被散射而没有被吸收的光；和既被散射又被吸收的光。

在实际测量中，第一层和第二层可以被认为是包含血液的层和不包含血液的层，比如毛细血管层。例如，第一层是表皮，并且第二层是真皮。

当光入射部分与光接收部分之间的距离相对较短时，如在光接收部分A的情况下，测量值受到由于杂乱波形而引起的吸收散射体的光吸收以及波高和测量值的减小的影响。在这种短距离下的波高分析中，光以锐角向后反射，并且涉及吸收。因此，认为作为比光的波长大的吸收散射体的血细胞极大地影响测量值。

鉴于上述事实，本发明人研究了在光入射部分与光接收部分之间的距离相对较短的情况下，比如在图3中的光接收部分A的情况下，波高(图2中所测量的接收光的强度的差C)与血压之间的相关性。其原因是，假设血压是最大压力，并且认为光路中的血液比由于例如间接的毛细血管扩张而增加。

本文使用的光入射部分与光接收部分之间的短距离是指检测到已经失去其周期性的入射光的区域。例如，光入射部分与光接收部分之间的距离是这样的距离，在该距离处，接收光的强度至少为入射光的强度的1/20，或者是这样的距离，在该距离处，光已经失去其周期性并且因此无法通过FFT分析来判定周期性。例如，可以通过如下的FFT分析来判定光的周期性：当测量强度至少是FFT分析中目标频率的强度加或减10Hz的1.1倍时(即，可测量的FFT强度比>(FFT中目标频率的强度)/{[(FFT中目标频率的强度+10Hz)+(FFT中目标频率的强度-10Hz)]/2}＝1.1)，周期性得以维持。相反，可以通过如下FFT分析来判定光的周期性：当测量强度小于或等于FFT分析中的目标频率处的强度加或减10Hz的1.1倍时，已经失去周期性。

图4示出了波高与血压之间的相关性。对六名对象进行光学测量和血压测量，每天六次，如图4所示。结果，相关性的值大于或等于0.7，这判定血压被成功地测量。

甚至可以通过唯一点测量来测量波高，但是由于测量值涉及吸收和散射，故测量值可能包含误差。因此，期望基于例如当在相同距离处的多个点处接收光时或当距离改变时所检测的波高强度的变化率来消除测量中的误差。

波高仅需要根据振幅来求出，并且可以替代地是测量波高的中值或平均值，或者是测量周期中最大值与最小值之间的宽度。可以替代地通过使用测量波高的平均值与其峰顶之间的差、或测量波高的平均值与其峰底之间的差(即，测量波高的一半)来分析波高。

下面将参照附图描述实施例。

图5示意性地示出了根据实施例的血压测量装置100的配置的示例。如图5所示，血压测量装置100包括光辐射器11、光强度检测器12和控制器13。

实施例中的光辐射器11设置在距光强度检测器12预定距离处。光辐射器11向对象C辐射具有周期性的光，对象C具有在对象C的表面处的第一层和位于第一层下方并且比第一层吸收更多量的光的第二层。光辐射器11例如是荧光灯、LED、激光器、白炽灯、HID或卤素灯。光辐射器11可以设置有周期性打开和关闭的机构，比如快门，以调节遮光周期，从而周期性地提供连续辐射的光。来自光辐射器11的光的照度由控制器13控制。

光辐射器11可以调节波长范围，使得该波长范围不落入如下波长的范围内：在该波长处，光被血浆的无机物质吸收。光辐射器11能够进行调节，使得波长范围不在光被血液的细胞成分吸收的波长范围内。本文使用的血液的细胞成分是血液中的红细胞、白细胞和血小板。血浆中的无机物质是血液中的水和电解质。

在实施例中，假设血压测量装置100包括光辐射器11，光辐射器11是输出具有周期性的光的光源，并且可以使用来自荧光灯、LED照明器或安装血压测量装置100的房间中的任何其他光源的光。在这种情况下，不必为血压测量装置100提供光辐射器11。

实施例中的光强度检测器12接收从对象C的内部发射到对象C的外部的光。光强度检测器12设置在距光辐射器11距离ρ处，越过该距离ρ，具有周期性的光穿过对象C的第一层和第二层并且被检测为已经失去其周期性的光。实施例中的光强度检测器12是光电二极管。光强度检测器12不限于光电二极管，并且可以替代地是CCD或CMOS装置。光强度检测器12检测从对象发射并且已经失去其周期性的光的强度。光强度检测器12可以是能够接收具有如下波长的光的部件，该波长设定为属于可见光以外的光。光强度检测器12由控制器13来控制。光强度检测器12将感测到的光强度传输到控制器13。

如图6A和图6B所示，光强度检测器12(图中的光接收器)可以设置在对象的与光辐射器11相反的一侧上。当在相对不太厚且光容易穿过的位置(比如耳垂和指尖)进行测量时，可以采用这种布置。光辐射器和光强度检测器(图中的光接收器)可以(图6B)或可以不(图6A)与被检测对象接触。

接着，将对血压测量装置100的控制系统的配置进行说明。图7是根据实施例的血压测量装置100的框图。CPU(central processing unit，中央处理单元)131、ROM(readonly memory，只读存储器)133、RAM(random access memory，随机存取存储器)134、HDD(hard disk drive，硬盘驱动器)135、外部I/F(接口)136、光辐射器11和光强度检测器12经由系统总线132彼此连接。CPU 131、ROM 133和RAM 134形成控制器13。

ROM 133预先存储由CPU 131执行的程序和由CPU 131使用的阈值。

RAM 134具有开发由CPU 131执行的程序的区域、各种存储区域(比如程序处理数据的工作区域)和其他区域。

HDD 135存储关于校准曲线的数据，该校准曲线是通过针对多个人将血压与波高相关联而创建的。

外部I/F 136是用于与外部装置(例如，客户终端(client terminal，PC))通信的接口。外部I/F 136只需要是与外部装置进行数据通信的接口，例如，可以是与外部装置本地连接的设备(比如USB存储器)或者经由网络进行通信的网络接口。

具有上述配置的血压测量装置100基于预先设定的程序来进行血压测量作业。

控制器13根据已经失去其周期性并且由光强度检测器12感测的光的强度来计算波高。

波高可以由以下表达式计算：

波高＝接收光强度tp(mV)-接收光强度tb(mV)

接收光强度tp(mV)表示当照明光以预定周期周期性地改变时发生的接收光强度改变的峰顶处的接收光强度。在100ms的接收光强度变化中，图2中的A对应于峰顶接收光强度。接收光强度tb(mV)表示在预定周期中接收光强度的周期性变化的底部处的接收光强度。在100ms的接收光强度变化中，图2中的B对应于底部接收光强度。因此，图2中的字符C表示100ms的接收光强度变化中的波高。字符tp表示当接收光强度变化达到峰顶时的时间点。符号tb表示当接收光强度变化达到底部时的时间点。在实施例中，预定周期是100ms，但不是必须的，并且可以是大约100ms或任何其他周期。

例如，当使用房间光并且存在多个光源时，例如由于从光源辐射的光的强度差而形成具有肩部的波形。同样在这种情况下，如上所述，可以采用测量中的峰顶和峰底。

为了计算周期性变化的量，可以使用平均值与峰顶之间的差或平均值与峰底之间的差，即，最大强度的一半，来进行波高的分析。

控制器13基于波高(在预定周期中失去其周期性的接收光的强度的最大值与最小值之间的差)来计算血压。该计算方法包括针对多个人创建波高与血压之间的相关性，比如图4所示的相关性，将关于相关性的数据以校准曲线的形式保存在HDD 135中，并且使控制器13根据该数据来计算与波高相对应的血压。在预定周期中接收光强度的平均值与峰顶之间的差或者平均值与峰底之间的差(即，最大强度的一半)可以用于将波高与血压相关联。

在实施例中，光辐射器、接收光强度检测器和控制器彼此集成到单个装置中，但不是必须的。例如，可以使用设置在比如移动终端(智能电话、平板终端和PC)的用户装置中的照明器(比如LED)和传感器(比如CMOS装置)作为光辐射器和光强度检测器，并且控制器可以安装在通过网络连接到用户装置的服务器装置中。

根据实施例的血压测量装置可通信地连接到用户装置，该血压测量装置包括光辐射器和光强度检测器，光辐射器向对象辐射具有周期性的光，对象具有在对象的表面处的第一层和位于第一层下方并且比第一层吸收更多量的光的第二层，光强度检测器设置在一距离处，越过该距离，从光辐射器辐射并且具有周期性的光穿过第一层和第二层并且被检测为已经失去其周期性的光，光强度检测器检测从对象发射并且已经失去其周期性的光的强度。血压测量装置包括控制器，该控制器根据已经失去其周期性并且从用户装置传输的光的强度来确定波高，并且根据波高来计算对象中的血压。由血压测量装置执行的特定处理的内容与由根据上述实施例的血压测量装置执行的处理的内容相同，并且因此未描述。

图8示出了根据另一实施例的血压测量装置的配置。

根据实施例的血压测量系统由测量光强度的用户装置300和基于光强度来计算血压的血压测量装置200形成。用户装置300和血压测量装置200通过无线或有线通信网络N通过网络彼此连接。

血压测量装置200是基于从用户装置300传输的光强度通过执行预定处理来计算血压的装置。具体地，作为血压测量装置200，个人计算机或服务器装置根据装置的数量和待传输和接收的数据量来适当地使用。

用户装置300是由用户携带的装置，并且在一些情况下是独立的装置，或者在其他情况下合并在移动电话、手表或任何其他设备中。

用户装置300包括光辐射器、光强度检测器32和通信部分33，光辐射器31向对象辐射具有周期性的光，对象具有在对象的表面处的第一层和位于第一层下方且比第一层吸收更多量的光的第二层，光强度检测器32检测具有周期性并且在穿过第一层和第二层之后已经失去其周期性的光的强度。通信部分33传输已经失去其周期性并且由光强度检测器32检测到的光的强度。光辐射器31和光强度检测器32的动作和功能与上述实施例中的动作和功能相同。

血压测量装置200包括通信部分24和控制器23。通信部分24通过有线或无线网络N接收已经失去其周期性并且从通信部分33传输的光的强度，并且将接收光强度传输到控制器23。控制器23的动作和功能与上述实施例中的控制器13的动作和功能相同。

在实施例中，已经失去其周期性的光的强度通过网络N从用户装置300传输到血压测量装置200，但不是必须的，并且用户装置300和血压测量装置200可以在没有网络N的情况下彼此直接连接，并且可以例如通过有线或无线通信传输光强度。

接着，将描述根据实施例的血压测量方法。图9是根据实施例的血压测量方法的流程图。

根据实施例的血压测量方法包括：使光辐射器将具有周期性的光辐射到对象上的预定辐射位置，该对象具有位于对象的表面处的第一层和位于第一层下方并且比第一层吸收更多量的光的第二层(步骤101)；使光强度检测器在一位置处检测从对象发射并且已经失去周期性的光的强度，在该位置处，具有周期性的光从辐射位置穿过第一层和第二层并且被检测为已经失去其周期性的光(步骤102)；使控制器根据已经失去其周期性的光的强度来确定波高(步骤103)；和根据波高确定血压(步骤104)。由血压测量装置执行的特定处理的内容与由根据上述实施例的血压测量装置执行的处理的内容相同，并且因此未描述。

接着，将描述根据实施例的血压测量程序。

装置可通信地连接到用户装置，该装置包括光辐射器和光强度检测器，光辐射器向对象辐射具有周期性的光，该对象具有在对象的表面处的第一层和位于第一层下方并且比第一层吸收更多量的光的第二层，光强度检测器设置一位置处，在该位置处，从光辐射器辐射并且具有周期性的光穿过第一层和第二层并且被检测为已经失去其周期性，光强度检测器检测从对象发射并且已经失去其周期性的光的强度。

根据实施例的血压测量程序使装置的计算机进行如下处理：根据已经失去其周期性并且从用户装置传输的光的强度来确定波高，并且根据波高来确定血压。程序中的特定处理的内容与上述实施例中的处理的内容相同，并且因此未描述。

这些实施例已经在以上进行了描述，但是是通过示例的方式给出的，并且并不旨在限制本发明的范围。可以以各种其他形式来实现新颖的实施例，并且可以在不脱离本发明的实质的程度上对实施例进行各种省略、替换和改变。本发明的实施例及其变型落在本发明的范围和实质内，并且也落在权利要求中阐述的发明及其等同的范围内。

附图标记列表

100：血压测量装置

11：光辐射器

12：接收光强度检测器

13：控制器

Claims (7)

1.一种血压测量装置，包括：

光辐射器，其向对象辐射具有周期性的光，所述对象具有在所述对象的表面处的第一层和位于所述第一层下方并且比所述第一层吸收更多量的光的第二层；

光强度检测器，其设置在具有周期性的光从所述光辐射器穿过所述第一层和所述第二层并且被检测为已经失去周期性的光所越过的距离处，所述光强度检测器检测从所述对象发射并且已经失去周期性的光的强度；和

控制器，其根据已经失去周期性的光的强度来计算所述对象中的血压。

2.根据权利要求1所述的血压测量装置，其中，具有周期性的光被检测为已经失去周期性的光所越过的距离至少是所接收的光的强度为从所述光辐射器入射的光的强度的1/20的距离。

3.根据权利要求1所述的血压测量装置，其中，具有周期性的光被检测为已经失去周期性的光所越过的距离是无法通过FFT分析来判定来自所述光辐射器的光的周期性的距离。

4.根据权利要求1所述的血压测量装置，其中，所述控制器根据在预定周期内已经失去周期性的光的强度的最大值与最小值之间的差来计算所述对象中的血压。

5.根据权利要求4所述的血压测量装置，其中，所述预定周期为大约100ms。

6.一种可通信地连接到用户装置的血压测量装置，所述血压测量装置包括：光辐射器，其向对象辐射具有周期性的光，所述对象具有在所述对象的表面处的第一层和位于所述第一层下方并且比所述第一层吸收更多量的光的第二层；和光强度检测器，其设置在具有周期性的光从所述光辐射器穿过所述第一层和所述第二层并且被检测为已经失去周期性的光所越过的距离处，所述光强度检测器检测从所述对象发射并且已经失去周期性的光的强度，

其中，所述血压测量装置包括控制器，所述控制器根据已经失去周期性并且从所述用户装置传输的光的强度来计算所述对象中的血压。

7.一种血压测量方法，包括：

向对象辐射具有周期性的光，所述对象具有在所述对象的表面处的第一层和位于所述第一层下方并且比所述第一层吸收更多量的光的第二层；

在具有周期性的光从所述辐射位置穿过所述第一层和所述第二层并且被检测为已经失去周期性的光所处的位置处，检测从所述对象发射并且已经失去周期性的光的强度；和

根据已经失去周期性的光的强度来计算所述对象中的血压。

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