CN113786172B - 生理参数测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种生理参数测量系统及方法。生理参数测量系统包括：发射器用于提供入射光；可控漫射器，其漫射特性可调整，入射光的至少一部分通过可控漫射器后照射目标区域；检测器用于检测被目标区域反射的光；和控制器。控制器与发射器和可控漫射器分别连接。控制器用于根据入射光的光学信息以及目标区域的生理信息从预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型并且根据所选择的预设漫射模型调整可控漫射器的漫射特性。如此实现了高测量精度。
Description
技术领域
本申请涉及互联网技术领域，具体涉及智能终端技术领域，尤其涉及一种生理参数测量系统及方法。
背景技术
随着智能终端技术的发展和智能可穿戴设备的普及，无损检测人体相关生理参数技术得到了广泛应用。其中，光学检测手段由于其便捷性和高性价比被广泛应用在监护仪和智能可穿戴设备上。基于光学检测手段的无损检测生理参数的原理是：将光照射到皮肤中，光经过皮肤组织中血液的散射和吸收，最终被放置于皮肤表面的探测器接收。通过分析经过血液干扰的透射光信号或者反射光信号，可以实现对血液中不同成分的测量，例如血氧、血红蛋白浓度、脉搏等。这种检测方式也称之为光融积图脉搏波技术。另外，通过分析透射光信号进行测量的叫做透射式检测，用于监护仪和指夹式血氧仪等；通过分析反射光信号进行测量的叫做反射式检测，用于手表、手环等。另外，在某些成分的测量中，比如血氧、血红蛋白浓度、高铁血红蛋白浓度、碳氧血红蛋白浓度及胆黄素等，一般还需要结合光谱测量的方法，也就是采用多波长的测量技术。在多波长测量过程中，需要尽可能保证每个波长的光均匀照射到同一被测量的血管的部位上，这样有助于提高测量精度。换句话说，如何让不同波长的光各自在被测量的血管的部位附近的光场分布比较均匀和一致，是做到高测量精度的关键。
现有技术中，一般通过在发光二极管（light-emitting diode，LED）前设置漫射体（diffuser），对LED发射的所有波长的光进行充分散射，类似于充分放大后的球面波的局部近似平面波，这样使得LED发射的光在入射到皮肤时基本一致均匀，从而有利于实现这些光均匀照射到同一被测量的血管的部位上。但是，人体不同部位的血管深度不一样，每个个体的血管分布及结构也有所不同，受到这些因素的影响，现有技术的方案对某些部位的测量精度可能显著低于对其它部位的测量精度。而且，现有技术的方案仅仅考虑到LED发射的光在入射到皮肤之前的充分散射的情况，并没有考虑到人体内不同部位的皮肤组织对入射光在其中传播带来的影响，因此无法针对具体被测量的人体部位做出精细化调整，导致对某些部位的测量精度可能显著低于对其它部位的测量精度。这些不足使得现有技术的方案难以提供具有稳定性和普适性的良好测量效果。
为此，需要一种生理参数测量系统及方法，能够解决如何保证不同波长的光均匀照射到同一被测量的血管的部位上这一技术难题，并且不仅能够灵活应对人体不同部位的不同血管深度以及不同个体之间的差异，还能够考虑到人体内不同部位的皮肤组织对入射光在其中传播带来的影响，从而确保高测量精度以及良好测量效果的稳定性和普适性。
发明内容
第一方面，本申请实施例提供了一种生理参数测量系统。所述生理参数测量系统包括：发射器，用于提供入射光；可控漫射器，其中，所述可控漫射器的漫射特性可调整，所述入射光的至少一部分通过所述可控漫射器后照射目标区域；检测器，用于检测被所述目标区域反射的光；和控制器，其中，所述控制器与所述发射器和所述可控漫射器分别连接，所述控制器用于根据所述入射光的光学信息以及所述目标区域的生理信息从预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型并且根据所选择的预设漫射模型调整所述可控漫射器的漫射特性。
第一方面所描述的技术方案，通过根据所述入射光的光学信息以及所述目标区域的生理信息从预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型并且根据所选择的预设漫射模型调整所述可控漫射器的漫射特性，实现了高测量精度以及良好测量效果的稳定性和普适性。
根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，所述预设漫射模型库包括多种预设漫射模型，所述多种预设漫射模型通过模拟不同波长的光经过不同漫射体后在不同人体皮肤组织内的传播建立。
根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，所述入射光的光学信息包括所述入射光的光谱构成，所述入射光的光谱构成包括至少两种波长的光各自的成分，其中，根据所述入射光的光学信息以及所述目标区域的生理信息从所述预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型，包括：根据所述入射光的光谱构成以及所述目标区域的生理信息从所述预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型。
根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，所述目标区域的生理信息包括所述目标区域所在的检测对象的年龄以及所述目标区域所属的类别。
根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，所选择的预设漫射模型是从所述多种预设漫射模型中确定的相对于所述入射光的光谱构成、所述目标区域所在的检测对象的年龄以及所述目标区域所属的类别具有最佳漫射效果的预设漫射模型。
根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，所述漫射特性包括所述可控漫射器的厚度和密度。
根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，所述入射光的光谱构成包括第一波长的光和第二波长的光，所述第一波长大于所述第二波长，其中，根据所述入射光的光谱构成以及所述目标区域的生理信息从所述预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型，包括：根据所述第一波长的光的成分相对于所述第二波长的光的成分的比例，选择具有相应厚度的预设漫射模型。
根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，根据所述第一波长的光的成分相对于所述第二波长的光的成分的比例，选择具有相应厚度的预设漫射模型，包括：当所述第一波长的光的成分大于所述第二波长的光的成分时，选择具有第一厚度的预设漫射模型；和当所述第一波长的光的成分小于所述第二波长的光的成分时，选择具有第二厚度的预设漫射模型。其中，所述第一厚度大于所述第二厚度。
根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，根据所述入射光的光谱构成以及所述目标区域的生理信息从所述预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型，还包括：根据所述第一波长的光的成分相对于所述第二波长的光的成分的比例，选择具有相应密度的预设漫射模型。
根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，根据所述第一波长的光的成分相对于所述第二波长的光的成分的比例，选择具有相应厚度的预设漫射模型，包括：当所述第一波长的光的成分大于所述第二波长的光的成分时，选择具有第一密度的预设漫射模型；和当所述第一波长的光的成分小于所述第二波长的光的成分时，选择具有第二密度的预设漫射模型。其中，所述第一密度大于所述第二密度。
根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，根据所选择的预设漫射模型调整所述可控漫射器的漫射特性，包括：根据所选择的预设漫射模型的厚度和密度分别调整所述可控漫射器的厚度和密度。
根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，所述检测器包括具有不同灵敏度的多个PD，所述控制器还用于根据所述可控漫射器的厚度从所述多个PD中启用具有相匹配的灵敏度的PD并且不启用所述多个PD中相对于被启用的PD的其它PD。
根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，所述发射器的功率可调整，所述控制器还用于根据所述可控漫射器的厚度调整所述发射器的功率。
根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，所述可控漫射器具有预设曲率用于聚焦通过所述可控漫射器后照射所述目标区域的所述入射光的至少一部分。
根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，所述生理参数测量系统还包括：波前调制器，用于对入射光进行波前调制以使得所述入射光通过所述可控漫射器后朝着所述目标区域相干并且在所述目标区域以外的区域相互抵消。
根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，所述生理参数测量系统还包括：空间光调制器，用于对所述入射光的幅度和相位进行调节以使得所述入射光通过所述可控漫射器后在所述目标区域附近的光场分布满足预设条件。
根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，所述生理参数测量系统用于测量以下至少一种：血红蛋白浓度、血氧饱和度、高铁血红蛋白、碳氧血红蛋白、胆黄素、氧气含量、血脂以及血糖。
根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，所述目标区域是手腕、手指、耳朵、前额、脸颊或者眼球。
第二方面，本申请实施例提供了一种生理参数测量方法。所述生理参数测量方法包括：通过发射器提供入射光，其中，所述入射光的至少一部分通过可控漫射器后照射目标区域，所述可控漫射器的厚度和密度均可调整；和通过检测器检测被所述目标区域反射的光。其中，控制器与所述发射器和所述可控漫射器分别连接，所述控制器用于根据所述入射光的光学信息以及所述目标区域的生理信息从预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型并且根据所选择的预设漫射模型的厚度和密度分别调整所述可控漫射器的厚度和密度。其中，所述入射光的光学信息包括所述入射光的光谱构成，所述入射光的光谱构成包括至少两种波长的光各自的成分。其中，所述目标区域的生理信息包括所述目标区域所在的检测对象的年龄以及所述目标区域所属的类别。
第二方面所描述的技术方案，通过根据所述入射光的光学信息以及所述目标区域的生理信息从预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型并且根据所选择的预设漫射模型调整所述可控漫射器的漫射特性，实现了高测量精度以及良好测量效果的稳定性和普适性。
根据第二方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，所述生理参数测量方法还包括：根据所述可控漫射器的厚度调整所述发射器的功率；和对所述入射光的幅度和相位进行调节以使得所述入射光通过所述可控漫射器后在所述目标区域附近的光场分布满足预设条件。
附图说明
为了说明本申请实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。
图1示出了本申请实施例提供的生理参数测量系统的框图。
图2示出了本申请实施例提供的生理参数测量方法的流程示意图。
图3示出了本申请实施例提供的用于生理参数测量方法的电子设备的框图。
具体实施方式
本申请实施例为了解决如何保证不同波长的光均匀照射到同一被测量的血管的部位上这一技术难题，提供了一种生理参数测量系统及方法。所述生理参数测量系统包括：发射器，用于提供入射光；可控漫射器，其中，所述可控漫射器的漫射特性可调整，所述入射光的至少一部分通过所述可控漫射器后照射目标区域；检测器，用于检测被所述目标区域反射的光；和控制器，其中，所述控制器与所述发射器和所述可控漫射器分别连接，所述控制器用于根据所述入射光的光学信息以及所述目标区域的生理信息从预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型并且根据所选择的预设漫射模型调整所述可控漫射器的漫射特性。如此，实现了高测量精度以及良好测量效果的稳定性和普适性。
本申请实施例可用于以下应用场景，包括但是不限于，医疗诊断、皮肤护理、健康监控或者任意可通过检测皮肤生理参数获得参考信息的应用场景。
本申请实施例可以依据具体应用环境进行调整和改进，此处不做具体限定。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请的实施例进行描述。
图1示出了本申请实施例提供的生理参数测量系统的框图。如图1所示，生理参数测量系统100包括发射器102，可控漫射器104，检测器106，控制器108以及预设漫射模型库存储器110。其中，发射器102用于提供入射光。可控漫射器104的漫射特性可调整。发射器102所提供的入射光的至少一部分通过可控漫射器104后照射目标区域120。检测器106用于检测被目标区域120反射的光。控制器108与发射器102和可控漫射器104分别连接。控制器108用于根据入射光的光学信息以及目标区域120的生理信息从预设漫射模型库存储器110所存储的预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型并且根据所选择的预设漫射模型调整可控漫射器104的漫射特性。从发射器102出发到可控漫射器104结束的箭头表示发射器102所提供的入射光经过可控漫射器104，从可控漫射器104出发到目标区域120结束的箭头表示入射光的至少一部分经过可控漫射器104后照射目标区域120。这里，可控漫射器104的漫射特性可调整，这意味着通过可调整的漫射特性能影响经过可控漫射器104后照射目标区域120的入射光的至少一部分在可控漫射器104内部所经历的散射过程。换句话说，通过漫射特性可调整的可控漫射器104实现了对经过该可控漫射器104的光所具有的光漫射特性的精确控制。检测器106检测被目标区域120反射的光，从目标区域120出发到检测器106结束的箭头表示被目标区域120反射的光被检测器106捕捉。通过对检测器106所检测到的光进行分析，例如基于光融积图脉搏波技术或者光电转换技术和电信号分析技术等，就可以实现对目标区域120的生理参数的测量。以目标区域120为某个血管的部位为例，通过对检测器106检测到从该目标区域120也就是血管的部位反射的光进行分析，可以实现对该血管的部位中的血液中不同成分的测量如血氧、血红蛋白浓度、脉搏等。
目标区域120可能指的是人体上不同部位的血管，例如左手腕处的或者右手腕处的或者耳朵处的血管，目标区域也可以指的是在不同个体上的同一部位，例如分别用于一个病人的右手腕处和另一个病人的右手腕处。考虑到同一个体的不同部位的血管分布和血管深度不一样，例如同一个用户的左手腕处和右手腕处的血管分布和血管深度略有不同，而且同一个用户的左手腕处和耳朵处的血管分布和血管深度不相同；还考虑到不同个体的同一个部位的血管分布和血管深度也不相同，例如一个病人的右手腕处和另一个病人的右手腕处的血管分布及结构也有所不同，这些差异体现为目标区域120的差异。也就是说，生理参数测量系统100面对的是具有复杂多变的情况的目标区域120，由生理参数测量系统100的发射器102所发射的入射光，经过可控漫射器104内部的散射过程后照射目标区域120，需要在目标区域120内部的被测血管处达到尽可能均匀一致的光场分布，这样才能确保高测量精度。并且，人体内不同部位的皮肤组织对入射光在其中传播带来的影响也不一样，因此生理参数测量系统100还需要考虑目标区域120所代表的皮肤组织的影响，从而实现良好测量效果的稳定性和普适性。下面结合图1说明生理参数测量系统100的各种改进来实现这些有益技术效果。
请继续参阅图1，控制器108与可控漫射器104通信地连接，控制器108从可控漫射器104接收数据并且向可控漫射器104发送指令；控制器108与检测器106通信地连接，控制器108从检测器106接收数据并且向检测器106发送指令；控制器108还与发射器102通信地连接，控制器108从发射器102接收数据并且向发射器102发送指令。控制器108还与预设漫射模型库存储器110通信地连接，控制器108从预设漫射模型库存储器110接收数据并且向预设漫射模型库存储器110发送指令。围绕控制器108，生理参数测量系统100提供了能灵活应对目标区域120的各种情况的调节机制来控制各个组件以达到最佳测量效果。具体地，可控漫射器104的漫射特性可调整，控制器108根据入射光的光学信息以及目标区域120的生理信息从预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型并且根据所选择的预设漫射模型调整可控漫射器104的漫射特性。控制器108从发射器102获得入射光的光学信息，还从可控漫射器104获得当前的漫射特性；控制器108根据入射光的光学信息以及目标区域120的生理信息从预设漫射模型库存储器110中选择一种预设漫射模型，从预设漫射模型库存储器110中获得所选择的预设漫射模型，然后根据所选择的预设漫射模型向可控漫射器104发送指令来调整可控漫射器104的漫射特性。其中，预设漫射模型库存储器110存储有多种预设漫射模型，这些所存储的预设漫射模型体现了入射光的光学信息、目标区域120的生理信息以及漫射器的漫射特性三者之间的关系。利用入射光的光漫射特性受到漫射器的漫射特性、入射光的光学信息以及皮肤组织的生理信息等三个因素的影响这一原理，可以通过预设漫射模型从已知的入射光的光学信息以及目标区域120的生理信息推导出要达到预期的入射光的光漫射特性该如何调整漫射器的漫射特性，也就是通过预设漫射模型获悉要调节可控漫射器104所需要的必要信息，从而可以根据所选择的预设漫射模型调整可控漫射器104的漫射特性来实现预期的入射光的光漫射特性，进而实现在目标区域120内部的被测血管处达到尽可能均匀一致的光场分布。如此，生理参数测量系统100通过根据所述入射光的光学信息以及所述目标区域的生理信息从预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型并且根据所选择的预设漫射模型调整所述可控漫射器的漫射特性，实现了高测量精度以及良好测量效果的稳定性和普适性。
在一种可能的实施方式中，预设漫射模型库存储器110所存储的预设漫射模型库包括多种预设漫射模型。这些多种预设漫射模型通过模拟不同波长的光经过不同漫射体后在不同人体皮肤组织内的传播建立。上面提到，预设漫射模型库存储器110所存储的预设漫射模型体现了入射光的光学信息、目标区域120的生理信息以及漫射器的漫射特性三者之间的关系。通过模拟不同波长的光经过不同漫射体后在不同人体皮肤组织内的传播建立多种预设漫射模型，可以建立起例如将入射光的光漫射特性作为因变量，而光的波长和人体皮肤组织等其它因素作为自变量的模型。然后可以根据所需要的入射光的光漫射特性或者说预期的入射光的光漫射特性，并且结合已知的入射光的光学信息以及目标区域120的生理信息，选择一种预设漫射模型。所选择的预设漫射模型所代表的模拟过程可用于为如何调整可控漫射器104的漫射特性提供指引。如此有利于实现对可控漫射器的精细化控制。
在一种可能的实施方式中，所述入射光的光学信息包括所述入射光的光谱构成，所述入射光的光谱构成包括至少两种波长的光各自的成分，其中，根据所述入射光的光学信息以及所述目标区域的生理信息从所述预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型，包括：根据所述入射光的光谱构成以及所述目标区域的生理信息从所述预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型。通过入射光的光谱构成，例如入射光中各种波长的光各自的成分，可以更好地结合已知的入射光的光学信息来选择预设漫射模型并有利于更好地根据所选择的预设漫射模型所代表的模拟过程来获得如何调整可控漫射器104的漫射特性的指引。并且，入射光的光谱构成包括至少两种波长的光各自的成分，这意味着发射器102提供多波长的入射光，例如发射器102可以是多个LED所组成的阵列并且由不同LED提供不同波长的光。如此有利于实现对可控漫射器的精细化控制。
在一种可能的实施方式中，所述目标区域的生理信息包括所述目标区域120所在的检测对象的年龄以及所述目标区域所属的类别。上面提到，入射光的光漫射特性受到漫射器的漫射特性、入射光的光学信息以及皮肤组织的生理信息等三个因素的影响，目标区域120所在的检测对象的年龄以及目标区域120所属的类别能用于筛选出合适的预设漫射模型。例如，预设漫射模型在建立过程中可以将用于模拟的皮肤组织的所属对象的年龄（如12岁、36岁等）以及该皮肤组织所在的部位（如手腕处、耳朵处、额头处等）以及其它生理信息作为该预设漫射模型的配置信息的一部分。这样当根据所述入射光的光学信息以及所述目标区域120的生理信息从预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型时，可以通过生理信息的匹配，例如年龄匹配（优先考虑选择年龄相符的模型）和目标区域120所属的类别匹配（优先选择对应同一部位的模型）来更好地筛选出用于提供如何调整可控漫射器104的漫射特性的指引的预设漫射模型。此外，肤色和硬度等也可以作为目标区域所述的类别并且用于对目标区域120进行类别匹配从而更好地筛选预设漫射模型。例如，与目标区域120具有相近肤色或者相似硬度的预设漫射模型可能被认为更有可能为符合要求的合适的预设漫射模型。应当理解的是，所述目标区域的生理信息以及其所包括的所述目标区域所述的类别，还可以包括除了皮肤组织所在的部位、肤色和硬度以外的任意适合用于筛选预设漫射模型的生理信息。
在一种可能的实施方式中，所选择的预设漫射模型是从所述多种预设漫射模型中确定的相对于所述入射光的光谱构成、所述目标区域所在的检测对象的年龄以及所述目标区域所属的类别具有最佳漫射效果的预设漫射模型。如此，在年龄匹配和目标区域120所属的类别匹配的基础上，还可以通过入射光的光谱构成匹配（优先选择具有相同或者类似的各种波长的光的成分的模型），更好地筛选出用于提供如何调整可控漫射器104的漫射特性的指引的预设漫射模型。
在一种可能的实施方式中，所述漫射特性包括所述可控漫射器104的厚度和密度。这里，可控漫射器104的漫射特性可调整意味着该可控漫射器104的厚度和密度均可调整。在实际应用中，可以通过任意合适的技术手段实现调整该可控漫射器104的厚度和密度，例如通过改变其中的组分、材料或者结构或者漫射器中散射颗粒的密度等，在此不做具体限定。在一些示例性实施例中，可控漫射器104可以是利用脂蛋白颗粒配置而成的液态漫射体，通过改变脂蛋白颗粒的浓度，可以实现改变该液态漫射体的密度，进而改变可控漫射器104的密度从而影响可控漫射器104的漫射特性。在一些实施例中，所述入射光的光谱构成包括第一波长的光和第二波长的光，所述第一波长大于所述第二波长，其中，根据所述入射光的光谱构成以及所述目标区域的生理信息从所述预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型，包括：根据所述第一波长的光的成分相对于所述第二波长的光的成分的比例，选择具有相应厚度的预设漫射模型。对于同样的漫射器，入射光的波长越长，入射光在该漫射器中发生散射的几率就越小，因此最终产生的漫射的效果就会比波长较短的入射光的较差。为了有更好的漫射的效果，需要结合入射光的波长来调整漫射器的厚度。为此，根据所述第一波长的光的成分相对于所述第二波长的光的成分的比例选择具有相应厚度的预设漫射模型，有利于实现根据入射光的光谱构成来调整可控漫射器104的厚度，达到更好的漫射效果。对于波长较长的入射光例如第一波长的光，适合采用厚度较高的漫射器；对于波长较短的入射光例如第二波长的光，适合采用厚度较低的漫射器。在一些实施例中，根据所述第一波长的光的成分相对于所述第二波长的光的成分的比例，选择具有相应厚度的预设漫射模型，包括：当所述第一波长的光的成分大于所述第二波长的光的成分时，选择具有第一厚度的预设漫射模型；和当所述第一波长的光的成分小于所述第二波长的光的成分时，选择具有第二厚度的预设漫射模型。其中，所述第一厚度大于所述第二厚度。如此，根据入射光的光谱构成中长波长的光和短波长的光的成分比例，选择相应厚度的预设漫射模型，当长波长的光如第一波长的光的成分较多时选择厚度较高如第一厚度的漫射器，当短波长的光如第二波长的光的成分较多时选择厚度较低如第二厚度的漫射器，有利于达到更好的漫射效果。
在一些实施例中，根据所述入射光的光谱构成以及所述目标区域的生理信息从所述预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型，还包括：根据所述第一波长的光的成分相对于所述第二波长的光的成分的比例，选择具有相应密度的预设漫射模型。对于波长较长的入射光，适合采用密度较高的漫射器来达到更好的漫射效果，例如通过调整其中的材料或者散射颗粒的密度。为此，根据所述第一波长的光的成分相对于所述第二波长的光的成分的比例选择具有相应密度的预设漫射模型，有利于实现根据入射光的光谱构成来调整可控漫射器104的密度，达到更好的漫射效果。在一些实施例中，根据所述第一波长的光的成分相对于所述第二波长的光的成分的比例，选择具有相应厚度的预设漫射模型，包括：当所述第一波长的光的成分大于所述第二波长的光的成分时，选择具有第一密度的预设漫射模型；和当所述第一波长的光的成分小于所述第二波长的光的成分时，选择具有第二密度的预设漫射模型。其中，所述第一密度大于所述第二密度。如此，根据入射光的光谱构成中长波长的光和短波长的光的成分比例，选择相应密度的预设漫射模型，当长波长的光如第一波长的光的成分较多时选择密度较高如第一密度的漫射器，当短波长的光如第二波长的光的成分较多时选择密度较低如第二密度的漫射器，有利于达到更好的漫射效果。
应当理解的是，根据入射光的光谱构成中长波长的光和短波长的光的成分比例选择相应厚度的预设漫射模型，和根据入射光的光谱构成中长波长的光和短波长的光的成分比例选择相应密度的预设漫射模型，这二者之间可以彼此独立进行也可以结合在一起进行并且可以各自分配任意合适的权重。在一种可能的实施方式中，可以先根据入射光的光谱构成选择相应厚度再选择相应密度，或者可以先据入射光的光谱构成选择相应密度再选择相应厚度，这些可以根据实际需要调整，在此不做具体限定。
在一种可能的实施方式中，根据所选择的预设漫射模型调整所述可控漫射器104的漫射特性，包括：根据所选择的预设漫射模型的厚度和密度分别调整所述可控漫射器104的厚度和密度。如此，有利于达到更好的漫射效果。在一种可能的实施方式中，所述检测器106包括具有不同灵敏度的多个光电探测器（Photoelectric Detector，PD）。所述控制器108还用于根据所述可控漫射器104的厚度从所述多个PD中启用具有相匹配的灵敏度的PD并且不启用所述多个PD中相对于被启用的PD的其它PD。这意味着，可控漫射器104的厚度可以与不同的PD进行配对，从而使得较高灵敏度的PD配对厚度较高的可控漫射器104，从而达到更好的测量效果。在一种可能的实施方式中，所述发射器102的功率可调整，所述控制器108还用于根据所述可控漫射器104的厚度调整所述发射器102的功率。这意味着，不仅可控漫射器104的厚度可以与不同的PD进行配对，而且可控漫射器104的厚度可以与发射器102的功率配对，从而使得较高功率的发射器102配对厚度较高的可控漫射器104，从而达到更好的测量效果。上面提到控制器108可以向发射器102和检测器106发送指令。因此，控制器108可以根据所选择的预设漫射模型调整可控漫射器104的厚度，再根据调整后的可控漫射器104的厚度来向发射器102和检测器106发送指令，从而调整所述发射器102的功率来配对调整后的可控漫射器104的厚度，同时也启用检测器106所包括的具有相匹配的灵敏度的PD来配对调整后的可控漫射器104的厚度，进而实现更好的测量效果。
在一种可能的实施方式中，所述可控漫射器104具有预设曲率用于聚焦通过所述可控漫射器104后照射所述目标区域120的所述入射光的至少一部分。因此，在通过调整所述可控漫射器104的漫射特性来校准漫射效果的同时，还可以通过对入射光角度的调节增加不同波长光均匀照射的效果。具体地，可以使用具有预设曲率的可控漫射器104，类似透镜聚焦的方式，从而使得靠边的光线在散射的同时还具有向中间汇聚的效果，从而不仅保证了漫射的均匀性还增加了光的利用效率。
在一种可能的实施方式中，所述生理参数测量系统100还包括：波前调制器（未示出），用于对入射光进行波前调制以使得所述入射光通过所述可控漫射器104后朝着所述目标区域120相干并且在所述目标区域120以外的区域相互抵消。如此，通过波前调制器，例如设置在从发射器102朝着可控漫射器104的光路上，可以增加光的利用效率。
在一种可能的实施方式中，所述生理参数测量系统100还包括：空间光调制器（未示出），用于对所述入射光的幅度和相位进行调节以使得所述入射光通过所述可控漫射器104后在所述目标区域120附近的光场分布满足预设条件。如此，通过空间光调制器改变远场目标（也即目标区域120）上的光场分布，可以使得光场分布满足预设条件，有利于提高入射光经调制后再经过可控漫射器104的散射后覆盖到目标区域120的精度，例如增加最后到达目标区域120的入射光的比例。在一些实施例中，空间光调制器包括许多个像元，通过调节这些像元可以达到预期目的，也就是在目标区域120上不同波长的光尽量均匀分布且光强最大。
应当理解的是，上面提到的，通过具有预设曲率的可控漫射器104做到中间聚焦，通过波前调制器实现所述目标区域120相干，以及通过空间光调制器实现远场目标上的光场分布满足预设条件，这些都是用来提升测量效果的技术，可以同时使用也可以分别独自使用，还可以按照任意可能的组合使用，在此不做具体限定。
应当理解的是，控制器108可以是中央处理器或者任意合适的处理器或者计算装置。并且，控制器108和预设漫射模型库存储器110的功能可以合并或者调整。在一些实施例中，预设漫射模型库存储器110可以是控制器108的一部分。另外，预设漫射模型库存储器110中所存储的预设漫射模型可以通过外部更新的方式进行更新，在此不做具体限定。
应当理解的是，所述生理参数测量系统100用于测量以下至少一种：血红蛋白浓度、血氧饱和度、高铁血红蛋白、碳氧血红蛋白、胆黄素、氧气含量、血脂以及血糖。换句话说，通过对检测器106检测到从该目标区域120也就是血管的部位反射的光进行分析，可以实现对上述生理参数的测量。并且，所述目标区域120可以是任意合适的部位，包括但是不限于，手腕、手指、耳朵、前额、脸颊或者眼球。
图2示出了本申请实施例提供的生理参数测量方法的流程示意图。如图2所示，生理参数测量方法200包括以下步骤。
步骤S202：通过发射器提供入射光。
其中，所述入射光的至少一部分通过可控漫射器后照射目标区域，所述可控漫射器的厚度和密度均可调整。
步骤S204：通过检测器检测被所述目标区域反射的光。
其中，控制器与所述发射器和所述可控漫射器分别连接，所述控制器用于根据所述入射光的光学信息以及所述目标区域的生理信息从预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型并且根据所选择的预设漫射模型的厚度和密度分别调整所述可控漫射器的厚度和密度。其中，所述入射光的光学信息包括所述入射光的光谱构成，所述入射光的光谱构成包括至少两种波长的光各自的成分。其中，所述目标区域的生理信息包括所述目标区域所在的检测对象的年龄以及所述目标区域所属的类别。
如此，生理参数测量方法200通过根据所述入射光的光学信息以及所述目标区域的生理信息从预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型并且根据所选择的预设漫射模型调整所述可控漫射器的漫射特性，实现了高测量精度以及良好测量效果的稳定性和普适性。
在一种可能的实施方式中，生理参数测量方法200还包括：根据所述可控漫射器的厚度调整所述发射器的功率；和对所述入射光的幅度和相位进行调节以使得所述入射光通过所述可控漫射器后在所述目标区域附近的光场分布满足预设条件。如此，通过根据可控漫射器的厚度调整发射器的功率，以及对入射光的幅度和相位进行调节以获得满足预设条件的光场分布，有利于进一步提高测量精度。
应当理解的是，上述方法可以通过相应的执行主体或者载体来实现。在一些示例性实施例中，一种非瞬时性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现上述方法以及上述任意实施例、实施方式或者它们的组合。在一些示例性实施例中，一种电子设备，包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器通过运行所述可执行指令以实现上述方法以及上述任意实施例、实施方式或者它们的组合。
图3示出了本申请实施例提供的用于生理参数测量方法的电子设备的框图。如图3所示，电子设备300包括主处理器302，内部总线304，网络接口306，主存储器308，以及辅助处理器310和辅助内存312，还有辅助处理器320和辅助内存322。其中，主处理器302与主存储器308连接，主存储器308可用于存储主处理器302可执行的计算机指令，从而可以实现图2所示的生理参数测量方法200，包括其中部分或者全部步骤，也包括其中步骤的任意可能的组合或结合以及可能的替换或者变体。网络接口306用于提供网络连接以及通过网络收发数据。内部总线304用于提供在主处理器302、网络接口306、辅助处理器310以及辅助处理器320之间的内部的数据交互。其中，辅助处理器310与辅助内存312连接并一起提供辅助计算能力，而辅助处理器320与辅助内存322连接并一起提供辅助计算能力。辅助处理器310和辅助处理器320可以提供相同或者不同的辅助计算能力，包括但是不限于，针对特定计算需求进行优化的计算能力如并行处理能力或者张量计算能力，针对特定算法或者逻辑结构进行优化的计算能力例如迭代计算能力或者图计算能力等。辅助处理器310和辅助处理器320可以包括特定类型的一个或者多个处理器，如数字信号处理器（DSP），专用集成电路（ASIC），现场可编程门阵列（FPGA）等，从而可以提供定制化的功能和结构。在一些示例性实施例中，电子设备300可以不包括辅助处理器，可以包括仅一个辅助处理器，还可以包括任意数量的辅助处理器且各自具有相应的定制化功能及结构，在此不做具体限定。图3中所示出的两个辅助处理器的架构仅为说明性而不应解释为限制性。另外，主处理器302可以包括单核或者多核的计算单元，用于提供本申请实施例所必需的功能和操作。另外，主处理器302和辅助处理器（如图3中的辅助处理器310和辅助处理器320）可以具有不同的架构，也就是电子设备300可以是基于异构架构的系统，例如主处理器302可以是基于指令集操作体系的通用型处理器如CPU，而辅助处理器可以是适合并行化计算的图形处理器GPU或者是适合神经网络模型相关运算的专用加速器。辅助内存（例如图3所示的辅助内存312和辅助内存322）可以用于配合各自对应的辅助处理器来实现定制化功能及结构。而主存储器308用于存储必要的指令、软件、配置、数据等从而可以配合主处理器302提供本申请实施例所必需的功能和操作。在一些示例性实施例中，电子设备300可以不包括辅助内存，可以包括仅一个辅助内存，还可以包括任意数量的辅助内存，在此不做具体限定。图3中所示出的两个辅助内存的架构仅为说明性而不应解释为限制性。主存储器308以及可能的辅助内存可以包括以下一个或多个特征：易失性，非易失性，动态，静态，可读/写，只读，随机访问，顺序访问，位置可寻址性，文件可寻址性和内容可寻址性，并且可以包括随机存取存储器（RAM），闪存，只读存储器（ROM），可擦可编程只读存储器（EPROM），电可擦可编程只读存储器（EEPROM），寄存器，硬盘，可移动磁盘，可记录和/或可重写光盘（CD），数字多功能光盘（DVD），大容量存储介质设备或任何其他形式的合适存储介质。内部总线304可以包括不同总线结构中的任何一种或不同总线结构的组合，例如存储器总线或存储器控制器，外围总线，通用串行总线和/或利用多种总线体系结构中的任何一种的处理器或本地总线。应当理解的是，图3所示的电子设备300，其所示的结构并不构成对有关装置或系统的具体限定，在一些示例性实施例中，电子设备300可以包括比具体实施例和附图更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者具有不同的部件布置。
本申请提供的具体实施例可以用硬件，软件，固件或固态逻辑电路中的任何一种或组合来实现，并且可以结合信号处理，控制和/或专用电路来实现。本申请具体实施例提供的设备或装置可以包括一个或多个处理器（例如，微处理器，控制器，数字信号处理器（DSP），专用集成电路（ASIC），现场可编程门阵列（FPGA）等），这些处理器处理各种计算机可执行指令从而控制设备或装置的操作。本申请具体实施例提供的设备或装置可以包括将各个组件耦合在一起的系统总线或数据传输系统。系统总线可以包括不同总线结构中的任何一种或不同总线结构的组合，例如存储器总线或存储器控制器，外围总线，通用串行总线和/或利用多种总线体系结构中的任何一种的处理器或本地总线。本申请具体实施例提供的设备或装置可以是单独提供，也可以是系统的一部分，也可以是其它设备或装置的一部分。
本申请提供的具体实施例可以包括计算机可读存储介质或与计算机可读存储介质相结合，例如能够提供非暂时性数据存储的一个或多个存储设备。计算机可读存储介质/存储设备可以被配置为保存数据，程序器和/或指令，这些数据，程序器和/或指令在由本申请具体实施例提供的设备或装置的处理器执行时使这些设备或装置实现有关操作。计算机可读存储介质/存储设备可以包括以下一个或多个特征：易失性，非易失性，动态，静态，可读/写，只读，随机访问，顺序访问，位置可寻址性，文件可寻址性和内容可寻址性。在一个或多个示例性实施例中，计算机可读存储介质/存储设备可以被集成到本申请具体实施例提供的设备或装置中或属于公共系统。计算机可读存储介质/存储设备可以包括光存储设备，半导体存储设备和/或磁存储设备等等，也可以包括随机存取存储器（RAM），闪存，只读存储器（ROM），可擦可编程只读存储器（EPROM），电可擦可编程只读存储器（EEPROM），寄存器，硬盘，可移动磁盘，可记录和/或可重写光盘（CD），数字多功能光盘（DVD），大容量存储介质设备或任何其他形式的合适存储介质。
以上是本申请实施例的实施方式，应当指出，本申请具体实施例描述的方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。可以理解的是，本申请实施例以及附图所示的结构并不构成对有关装置或系统的具体限定。在本申请另一些实施例中，有关装置或系统可以包括比具体实施例和附图更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者具有不同的部件布置。本领域技术人员将理解，在不脱离本申请具体实施例的精神和范围的情况下，可以对具体实施例记载的方法和设备的布置，操作和细节进行各种修改或变化；在不脱离本申请实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。
Claims (19)
1.一种生理参数测量系统，其特征在于，所述生理参数测量系统包括：
发射器，用于提供入射光；
可控漫射器，其中，所述可控漫射器的漫射特性可调整，所述入射光的至少一部分通过所述可控漫射器后照射目标区域；
检测器，用于检测被所述目标区域反射的光；和
控制器，其中，所述控制器与所述发射器和所述可控漫射器分别连接，所述控制器用于根据所述入射光的光学信息以及所述目标区域的生理信息从预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型并且根据所选择的预设漫射模型调整所述可控漫射器的漫射特性，
其中，所述目标区域的生理信息包括所述目标区域所在的检测对象的年龄以及所述目标区域所属的类别。
2.根据权利要求1所述的生理参数测量系统，其特征在于，所述预设漫射模型库包括多种预设漫射模型，所述多种预设漫射模型通过模拟不同波长的光经过不同漫射体后在不同人体皮肤组织内的传播建立。
3.根据权利要求2所述的生理参数测量系统，其特征在于，所述入射光的光学信息包括所述入射光的光谱构成，所述入射光的光谱构成包括至少两种波长的光各自的成分，其中，根据所述入射光的光学信息以及所述目标区域的生理信息从所述预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型，包括：
根据所述入射光的光谱构成以及所述目标区域的生理信息从所述预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型。
4.根据权利要求3所述的生理参数测量系统，其特征在于，所选择的预设漫射模型是从所述多种预设漫射模型中确定的相对于所述入射光的光谱构成、所述目标区域所在的检测对象的年龄以及所述目标区域所属的类别具有最佳漫射效果的预设漫射模型。
5.根据权利要求3所述的生理参数测量系统，其特征在于，所述漫射特性包括所述可控漫射器的厚度和密度。
6.根据权利要求5所述的生理参数测量系统，其特征在于，所述入射光的光谱构成包括第一波长的光和第二波长的光，所述第一波长大于所述第二波长，其中，根据所述入射光的光谱构成以及所述目标区域的生理信息从所述预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型，包括：
根据所述第一波长的光的成分相对于所述第二波长的光的成分的比例，选择具有相应厚度的预设漫射模型。
7.根据权利要求6所述的生理参数测量系统，其特征在于，根据所述第一波长的光的成分相对于所述第二波长的光的成分的比例，选择具有相应厚度的预设漫射模型，包括：
当所述第一波长的光的成分大于所述第二波长的光的成分时，选择具有第一厚度的预设漫射模型；和
当所述第一波长的光的成分小于所述第二波长的光的成分时，选择具有第二厚度的预设漫射模型，
其中，所述第一厚度大于所述第二厚度。
8.根据权利要求7所述的生理参数测量系统，其特征在于，根据所述入射光的光谱构成以及所述目标区域的生理信息从所述预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型，还包括：
根据所述第一波长的光的成分相对于所述第二波长的光的成分的比例，选择具有相应密度的预设漫射模型。
9.根据权利要求8所述的生理参数测量系统，其特征在于，根据所述第一波长的光的成分相对于所述第二波长的光的成分的比例，选择具有相应厚度的预设漫射模型，包括：
当所述第一波长的光的成分大于所述第二波长的光的成分时，选择具有第一密度的预设漫射模型；和
当所述第一波长的光的成分小于所述第二波长的光的成分时，选择具有第二密度的预设漫射模型，
其中，所述第一密度大于所述第二密度。
10.根据权利要求9所述的生理参数测量系统，其特征在于，根据所选择的预设漫射模型调整所述可控漫射器的漫射特性，包括：
根据所选择的预设漫射模型的厚度和密度分别调整所述可控漫射器的厚度和密度。
11.根据权利要求10所述的生理参数测量系统，其特征在于，所述检测器包括具有不同灵敏度的多个PD，所述控制器还用于根据所述可控漫射器的厚度从所述多个PD中启用具有相匹配的灵敏度的PD并且不启用所述多个PD中相对于被启用的PD的其它PD。
12.根据权利要求11所述的生理参数测量系统，其特征在于，所述发射器的功率可调整，所述控制器还用于根据所述可控漫射器的厚度调整所述发射器的功率。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的生理参数测量系统，其特征在于，所述可控漫射器具有预设曲率用于聚焦通过所述可控漫射器后照射所述目标区域的所述入射光的至少一部分。
14.根据权利要求1-12中任一项所述的生理参数测量系统，其特征在于，所述生理参数测量系统还包括：
波前调制器，用于对入射光进行波前调制以使得所述入射光通过所述可控漫射器后朝着所述目标区域相干并且在所述目标区域以外的区域相互抵消。
15.根据权利要求1-12中任一项所述的生理参数测量系统，其特征在于，所述生理参数测量系统还包括：
空间光调制器，用于对所述入射光的幅度和相位进行调节以使得所述入射光通过所述可控漫射器后在所述目标区域附近的光场分布满足预设条件。
16.根据权利要求1-12中任一项所述的生理参数测量系统，其特征在于，所述生理参数测量系统用于测量以下至少一种：血红蛋白浓度、血氧饱和度、高铁血红蛋白、碳氧血红蛋白、胆黄素、氧气含量、血脂以及血糖。
17.根据权利要求1-12中任一项所述的生理参数测量系统，其特征在于，所述目标区域是手腕、手指、耳朵、前额、脸颊或者眼球。
18.一种生理参数测量方法，其特征在于，所述生理参数测量方法包括：
通过发射器提供入射光，其中，所述入射光的至少一部分通过可控漫射器后照射目标区域，所述可控漫射器的厚度和密度均可调整；和
通过检测器检测被所述目标区域反射的光，
其中，控制器与所述发射器和所述可控漫射器分别连接，所述控制器用于根据所述入射光的光学信息以及所述目标区域的生理信息从预设漫射模型库中选择一种预设漫射模型并且根据所选择的预设漫射模型的厚度和密度分别调整所述可控漫射器的厚度和密度，
其中，所述入射光的光学信息包括所述入射光的光谱构成，所述入射光的光谱构成包括至少两种波长的光各自的成分，
其中，所述目标区域的生理信息包括所述目标区域所在的检测对象的年龄以及所述目标区域所属的类别。
19.根据权利要求18所述的生理参数测量方法，其特征在于，所述生理参数测量方法还包括：
根据所述可控漫射器的厚度调整所述发射器的功率；和
对所述入射光的幅度和相位进行调节以使得所述入射光通过所述可控漫射器后在所述目标区域附近的光场分布满足预设条件。
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