CN116801805A - 动脉血氧测量 - Google Patents

动脉血氧测量 Download PDF

Info

Publication number
CN116801805A
CN116801805A CN202280011106.4A CN202280011106A CN116801805A CN 116801805 A CN116801805 A CN 116801805A CN 202280011106 A CN202280011106 A CN 202280011106A CN 116801805 A CN116801805 A CN 116801805A
Authority
CN
China
Prior art keywords
spo
ppg
subject
higher harmonics
pulse
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280011106.4A
Other languages
English (en)
Inventor
C·H·B·A·范丁特尔
L·J·辉基布雷格茨
E·F·吉吉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koninklijke Philips NV filed Critical Koninklijke Philips NV
Publication of CN116801805A publication Critical patent/CN116801805A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • A61B5/14551—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/02416—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate using photoplethysmograph signals, e.g. generated by infrared radiation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7203—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7203—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal
    • A61B5/7207—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal of noise induced by motion artifacts
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235—Details of waveform analysis
    • A61B5/7253—Details of waveform analysis characterised by using transforms
    • A61B5/7257—Details of waveform analysis characterised by using transforms using Fourier transforms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235—Details of waveform analysis
    • A61B5/7239—Details of waveform analysis using differentiation including higher order derivatives

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

根据一方面，提供一种用于确定针对对象的动脉血氧SpO2测量结果的计算机实现的方法。所述方法包括接收(101)针对所述对象的第一和第二光电容积描记PPG信号。使用光的第一波长获得所述第一PPG信号，并且使用光的第二波长获得所述第二PPG信号，并且所述第一PPG信号和第二PPG信号包括与所述对象中随着时间的血液体积改变相关的脉搏分量。所述方法还包括确定(103)与在测量所述第一PPG信号和第二PPG信号期间发生的所述对象的脉搏速率相对应的基础频率，并且处理(105)高于所述基础频率的频率处的所述第一PPG信号和第二PPG信号的所述脉搏分量的一个或多个较高谐波，以确定针对所述对象的SpO2测量结果，排除所述脉搏分量的所述基础频率。

Description

动脉血氧测量
技术领域
本公开涉及动脉血氧测量，并且更具体地，涉及一种用于根据光电容积描记PPG信号确定动脉血氧测量结果的计算机实现的方法、计算机程序产品和装置。
背景技术
US 20020007114A涉及根据生理电信号检测期望的生理参数，并且更具体地涉及从生理信号中去除伪影以便更加精确地检测期望参数。
US 7139599B2公开了倒谱域脉搏血氧测定。
文献YOUSEFI RASOUL ET AL:"A Motion-Tolerant Adaptive Algorithm forWearable Photoplethysmographic Biosensors",IEEE JOURNAL OF BIOMEDICAL ANDHEALTH INFORMATICS,IEEE,PISCATAWAY,NJ,USA,vol.18,no.2,1March 2014(2014-03-01),pages 670-681也公开了背景技术。
脉搏血氧测定是用于测量人们的动脉血氧(SpO2)的广泛使用的非侵入式方法。最常使用的血氧仪被放置在指尖、脚趾或者耳垂上，并且经常用于在医院中进行患者监测。当需要集中(即，外周血管变窄)测量SpO2时，前额或者鼻子是优选位置。位于上面提及的位置处的传感器对于患者具有缺点，因为它们会妨碍使用手部，会由于施加的压力变得不舒服，或者患者会具有美学异议。最近，已经引入了使用相机的SpO2远程测量。基于相机的监测不具有上面提及的缺点并且甚至可以用于具有敏感皮肤的人们，例如早产儿。然而，对于基于相机的监测，对象需要在相机的视野中。
可以开发被穿戴在身体上以在相对长的时间段内测量对象的各种不同生理特性的传感器或者传感器单元。这样的传感器或者传感器单元的一种合适的位置是胸部。然而，位于胸部上的脉搏血氧测定具有挑战：1)胸部由于呼吸作用而持续处于运动中，引发运动伪影；2)组织和骨骼的组成会取决于胸部上的位置而不同；3)测量的血液灌注低(可能是由于使用反射型传感器而非能够用于诸如指尖、脚趾、耳垂、前额等外围身体部分上的透射型传感器)。志愿者研究的结果表明SpO2值在具有胸部穿戴的脉搏血氧测定传感器的对象上具有大的方差，而从指尖穿戴的脉搏血氧测定传感器采集的SpO2值的方差小得多。
发明内容
因此需要改善对对象的动脉血氧(SpO2)的测量结果。本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定有利实施例。
本文描述的技术提供了用于位于对象的身体上的位置处的脉搏血氧测定的解决方案，其中，测量的脉动分量(即，测量的血流)受物理噪声或者运动伪影(例如，呼吸(呼气吸气))干扰。这样的位置可以包括胸部，例如在中钙线的第二肋间，在上胸部的左侧。在这样的位置，使用传统算法方法的SpO2测量结果不可靠。
传统的脉搏血氧测定基于“比值的比值”的方法确定SpO2。能够根据时域或者频域上两个不同的波长(例如，红光和红外光)的PPG信号推导光学密度比。PPG信号包括由于脉搏/血液体积改变的信号分量(这里被称为PPG信号的“脉搏分量”)，以及由于噪声和/或运动伪影(包括由于呼吸的运动)的信号分量。PPG信号的脉搏分量是PPG信号中的谐波系列，脉搏速率作为谐波系列的基础频率(第一谐波)。因而，脉搏分量包括脉搏速率处的信号分量以及较高谐波(即，在高于脉搏速率的频率处)处的信号分量。本文描述的技术基于根据多色(不同波长)PPG信号中的脉搏分量的较高谐波能够确定SpO2的洞察。用于确定SpO2的传统谱域法总是考虑PPG信号的脉搏分量的基础频率(第一谐波)。不考虑脉搏分量的基础频率提供对SpO2测量结果可靠性的改善。
根据第一具体方面，提供一种用于确定针对对象的SpO2测量结果的计算机实现的方法。所述方法包括：接收针对所述对象的第一PPG信号和第二PPG信号，其中，使用光的第一波长获得所述第一PPG信号，并且使用光的第二波长获得所述第二PPG信号，其中，所述第一PPG信号和第二PPG信号包括与所述对象中随着时间的血液体积改变相关的脉搏分量；确定与在测量所述第一PPG信号和第二PPG信号期间发生的所述对象的脉搏速率相对应的基础频率；并且，处理高于所述基础频率的频率处的所述第一PPG信号和第二PPG信号的所述脉搏分量的一个或多个较高谐波，以基于所述第一PPG信号和第二PPG信号的所述脉搏分量的经处理的一个或多个较高谐波来确定针对所述对象的SpO2测量结果，排除所述脉搏分量的所述基础频率。因而，在确定SpO2测量结果时，不考虑所述脉搏分量的基础频率，这改善了SpO2测量结果的可靠性。
在一些实施例中，处理的步骤包括在时域或者频域中处理所述第一PPG信号和第二PPG信号的脉搏分量的所述一个或多个较高谐波以确定所述SpO2测量结果。因而，所述第一方面不局限于通过处理特定域中的PPG信号来确定SpO2。
在一些实施例中，处理的步骤包括：向所述一个或多个较高谐波应用相应的加权；并且，处理经加权的较高谐波以确定所述SpO2测量结果。这些实施例意识到某些较高谐波更有用于确定可靠的SpO2测量结果，并且因此加权能够增加那个/那些较高谐波对SpO2测量结果的贡献。在这些实施例中，相应的加权可以基于以下中的一个或多个：所述对象的呼吸速率、所述对象的脉搏速率、PPG传感器在所述对象上或者相对所述对象的位置以及对所述对象的移动和/或姿势的测量结果。
在可选实施例中，处理的步骤包括：选择所述第一PPG信号和第二PPG信号的所述脉搏分量的一个或多个较高谐波；并且，处理所选择的一个或多个较高谐波以确定所述SpO2测量结果。这些实施例意识到某些较高谐波会比其他更有用于确定可靠的SpO2测量结果，并且因此仅那个/那些较高谐波用于确定SpO2测量结果。在这些实施例中，选择一个或多个较高谐波的步骤可以包括基于以下中的一个或多个来选择一个或多个较高谐波：所述对象的呼吸速率、所述对象的脉搏速率、PPG传感器在所述对象上或者相对所述对象的位置以及对所述对象的移动和/或姿势的测量结果。
在可选实施例中，处理的步骤包括：以高于所述基础频率的截止频率对所述第一PPG信号和第二PPG信号进行高通滤波；并且，处理经高通滤波的第一PPG信号和第二PPG信号以确定所述SpO2测量结果。在这些实施例中，经高通滤波的第一PPG信号和第二PPG信号可以在时域中被处理以确定SpO2测量结果。在这些实施例中，所述截止频率可以基于以下中的一个或多个进行选择：所述对象的呼吸速率、所述对象的脉搏速率、PPG传感器在所述对象上或者相对所述对象的位置以及对所述对象的移动和/或姿势的测量结果。
在一些实施例中，处理一个或多个较高谐波的步骤包括：根据由所述第一PPG信号和第二PPG信号的所述一个或多个较高谐波推导的光学密度比来确定所述SpO2测量结果。因而，这些实施例适用于将较高谐波用于比值的比值方案以确定SpO2。
在可选实施例中，处理一个或多个较高谐波的步骤包括：根据所述一个或多个较高谐波的幅度来确定所述SpO2测量结果。
在一些实施例中，确定所述基础频率的步骤包括处理所述第一PPG信号和/或第二PPG信号以确定所述基础频率。这些实施例提供的优点在于，不要钱单独的传感器用于测量脉搏速率或者心脏速率。
根据第二方面，提供一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，所述计算机可读介质具有体现在其中的计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置为使得在由合适的计算机或者处理器执行时引起所述计算机或者处理器执行根据第一方面或者其任意实施例的方法。
根据第三方面，提供一种用于确定针对对象的SpO2测量结果的装置。所述装置包括处理单元，其被配置为：接收针对所述对象的第一PPG信号和第二PPG信号，其中，使用光的第一波长集合获得所述第一PPG信号，并且使用光的第二波长集合获得所述第二PPG信号，其中，所述第一PPG信号和第二PPG信号包括与所述对象中随着时间的血液体积改变相关的脉搏分量；确定与在测量所述第一PPG信号和第二PPG信号期间发生的所述对象的脉搏速率相对应的基础频率；并且，处理高于所述基础频率的频率的所述第一PPG信号和第二PPG信号的所述脉搏分量的一个或多个较高谐波，以基于所述第一PPG信号和第二PPG信号的所述脉搏分量的经处理的一个或多个较高谐波来确定针对所述对象的SpO2测量结果，排除所述脉搏分量的所述基础频率。因而，当确定SpO2测量结果时不考虑所述脉搏分量的所述基础频率，这改善了SpO2测量结果的可靠性。
在一些实施例中，处理单元被配置为在时域或者频域中处理所述第一PPG信号和第二PPG信号的脉搏分量的所述一个或多个较高谐波以确定所述SpO2测量结果。因而，所述第三方面不局限于通过处理特定域中的PPG信号来确定SpO2。
在一些实施例中，所述处理单元被配置为通过以下操作来处理所述一个或多个较高谐波：向所述一个或多个较高谐波应用相应的加权；并且处理经加权的较高谐波以确定所述SpO2测量结果。这些实施例意识到某些较高谐波能够更有用于确定可靠的SpO2测量结果，并且因此加权能够增加那个/那些较高谐波对SpO2测量结果的贡献。在这些实施例中，相应的加权可以基于以下中的一个或多个：所述对象的呼吸速率、所述对象的脉搏速率、PPG传感器在所述对象上或者相对所述对象的位置以及对所述对象的移动和/或姿势的测量结果。
在可选实施例中，所述处理单元被配置为通过以下操作来处理所述脉搏分量的所述一个或多个较高谐波：选择所述第一PPG信号和第二PPG信号的所述脉搏分量的一个或多个较高谐波；并且，处理所选择的一个或多个较高谐波以确定所述SpO2测量结果。这些实施例意识到某些较高谐波会比其他更有用于确定可靠的SpO2测量结果，并且因此仅那个/那些较高谐波用于确定SpO2测量结果。在这些实施例中，所述处理单元能够被配置为基于以下中的一个或多个来选择一个或多个较高谐波：所述对象的呼吸速率、所述对象的脉搏速率、PPG传感器在所述对象上或者相对所述对象的位置以及对所述对象的移动和/或姿势的测量结果。
在可选实施例中，所述处理单元被配置为以高于所述基础频率的截止频率对所述第一PPG信号和第二PPG信号进行高通滤波；并且处理经高通滤波的第一PPG信号和第二PPG信号以确定所述SpO2测量结果。在这些实施例中，经高通滤波的第一PPG信号和第二PPG信号可以在时域中被处理以确定SpO2测量结果。在这些实施例中，所述截止频率可以基于以下中的一个或多个进行选择：所述对象的呼吸速率、所述对象的脉搏速率、PPG传感器在所述对象上或者相对所述对象的位置以及对所述对象的移动和/或姿势的测量结果。
在一些实施例中，所述处理单元被配置为通过以下操作来处理所述脉搏分量的所述一个或多个较高谐波：根据由所述第一PPG信号和第二PPG信号的所述一个或多个较高谐波推导的光学密度比来确定所述SpO2测量结果。因而，这些实施例适用于将较高谐波用于比值的比值方案以确定SpO2。
在可选实施例中，所述处理单元被配置为根据所述一个或多个较高谐波的幅度来确定所述SpO2测量结果。
在一些实施例中，所述处理单元被配置为通过处理所述第一PPG信号和/或第二PPG信号以确定所述基础频率来确定所述基础频率。这些实施例提供的优点在于不要求单独的传感器来测量所述脉搏速率或者心脏速率。
在可选实施例中，所述处理单元还被配置为从脉搏速率传感器接收测量信号，并且通过处理所述测量信号来确定所述脉搏速率。在一些实施例中，所述装置还包括脉搏速率传感器。在可选实施例中，所述处理单元被配置为从与所述装置分离的脉搏速率传感器接收所述测量信号。
参照下文描述的实施例，这些和其它方面将变得显而易见和清晰。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参考下面的附图来描述示例性实施例，在附图中：
图1是能够用于实现本文描述的技术的装置的方框图；
图2是说明根据传统技术获得的针对在胸部和指尖位置处获得的五个对象的SpO2测量结果的图；
图3是说明根据本文描述的技术的实施例获得的针对在胸部和指尖位置处获得的五个对象的SpO2测量结果的图；
图4是示出根据实施例确定SpO2测量结果的示例性过程的方框图；
图5是示出根据本文描述的技术的实施例用于确定SpO2测量结果的可选方案的结果的两幅图；并且
图6是说明根据示例性实施例确定SpO2测量结果的方法的流程图。
具体实施方式
图1是根据各种实施例用于确定对象的SpO2测量结果的系统2的方框图。系统2包括根据本文描述的技术操作以根据使用一个或多个PPG传感器6获得的PPG信号来确定SpO2测量结果的装置4。系统2能够被称为脉搏血氧测定系统或者脉搏血氧仪。
PPG传感器6被放置在对象的身体上并且输出与经过身体的部分的血液体积相关的PPG信号。对于SpO2测量，PPG信号需要光的至少两个不同的波长，典型地是光谱的红光部分中的一个波长以及光谱的红外光部分中的一个波长，尽管在一些实施例中，也能够使用针对光的不同波长的第三PPG信号。在一些实施例中，能够使用单个PPG传感器6，能够获得针对光的不同波长的相应PPG信号。在其它实施例中，使用分别获得针对光的一个特定波长的相应PPG信号的多个PPG传感器6。
本领域普通技术人员已知的是，PPG传感器6包括光传感器，并且典型地包括一个或多个光源。光传感器能够关于光源定位，使得光传感器测量来自光源穿过身体部分(所谓的透射装置)的光，或者光传感器能够关于光源定位，使得光传感器测量来自光源从身体部分(所谓的反射装置)反射的光。在胸部穿戴的PPG传感器6的情况中，PPG传感器6可以使用反射装置，而对于诸如指尖的外围身体位置，能够使用透射装置。
由PPG传感器6输出的PPG信号典型地是来自光传感器的针对光的特定波长的原始测量信号。例如，PPG信号可以是表示特定波长处随着时间的光强度的信号或者测量样本的时间系列。
尽管在图1中将一个或多个PPG传感器6示出为与装置4分离，但是在可选实施例中，一个或多个PPG传感器6可以是装置4的一部分。
装置4可以是计算设备的形式或者是计算设备的一部分，例如服务器、桌面型计算机、膝上型计算机、平板计算机、智能电话、智能手表、传感器贴片(patch)等。装置4包括控制装置4的操作并且能够被配置为执行或者施行本文描述的方法的处理单元8。具体地，处理单元8从PPG传感器6接收PPG信号。
处理单元8能够按照各种方式实现，利用软件和/或硬件，以便执行本文描述的各种功能。处理单元8可以包括一个或多个微处理器或者数字信号处理器(DSP)，可以使用软件或者计算机程序代码进行编程以执行要求的功能和/或控制处理单元8的部分来实现要求的功能。处理单元8可以被实现为用于执行一些功能的专用硬件(例如，放大器、预放大器、模数转换器(ADC)和/或数模转换器(DAC))和用于执行其它功能的处理器(例如一个或多个编程微处理器、控制器、DSP和相关联的电路)的组合。可以在本公开各种实施例中使用的部件的示例包括但不局限于传统微处理器、DSP、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于实现神经网络的硬件和/或所谓的人工智能(AI)硬件加速器(即，专门设计用于AI应用的能够与主处理器一起使用的处理器或者其它硬件)。
处理单元8被连接到存储器单元10，存储器单元10能够存储用于由处理单元8在控制装置4的操作时使用和/或在执行或者施行本文描述的方式时使用的数据、信息和/或信号。在一些实现中，存储器单元10存储能够由处理单元8执行以使得处理器8执行包括本文描述的方法的一个或多个功能的计算机可读代码。在特定实施例中，程序代码可以是用于智能手表、智能电话、平板电脑、膝上型电脑或者计算机的应用程序的形式。存储器单元10能够包括任意类型的非暂态机器可读介质，例如包括易失性和非易失性计算机存储器的告诉缓存或者系统存储器，例如随机存取存储器(RAM)、静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)和电可擦除PROM(EEPROM)，并且存储器单元10能够被实现为存储器芯片、光盘(例如压缩盘(CD)、数字通用盘(DVD)或者蓝光盘)、硬盘、磁带存储解决方案或者固态设备(包括存储棒、固态驱动(SSD)、存储卡等)。
在一些实施例中，装置4包括用户接口12，用户接口12包括使装置4的用户向装置4输入信息、数据和/或命令和/或使装置4向装置4的用户输出信息或者数据的一个或多个部件。能够由用户接口12输出的信息能够包括SpO2测量结果。用户接口12能够包括任意适合的输入部件，包括但不局限于键盘、键区、一个或多个按钮、开关或者拨号、鼠标、轨迹盘、触摸屏、触笔、相机、麦克风等，和/或用户接口12能够包括任意合适的输出部件，包括但不局限于显示屏、一个或多个灯或者灯元件、一个或多个扬声器、振动元件等。
将意识到，装置4的实际实现可以包括图1所示部件之外的部件。例如，装置4也可以包括诸如电池的电源，或者用于使装置4连接到主电源的部件。装置4也可以包括用于实现与其它设备或者传感器的数据连接和/或数据交换的接口电路。例如，在其中PPG传感器6与装置4分离的实施例中，PPG信号能够被经由接口电路从PPG传感器6接收。而且，在一些实施例中，系统2能够用于测量对象的额外生理特性，在这种情况下，系统2能够包括用于测量对象的这些生理特性的一个或多个额外传感器。
如上面提及的，传统的脉搏血氧测定基于所谓的“比值的比值”的方法确定SpO2。通过由红光PPG信号的非脉动(非脉搏)分量(DCRD)归一化的该红光PPG信号的脉动(脉搏)分量(ACRD)与由红外光PPG信号的非脉动(非脉搏)分量(DCIR)归一化的该红外光PPG信号的脉动(脉搏分量)(ACIR)的比值确定光学密度比r，即，
PPG信号中的脉动/脉搏分量由对象中的血液体积由于心跳而改变引起。如上面提到的，脉动/脉搏分量是具有作为基础频率/第一谐波的脉搏的谐波系列，并且因而脉动/脉搏分量包括处于与脉搏速率相对应的频率处的信号分量和处于高于该脉搏速率的频率处的信号分量，包括脉搏分量的较高谐波。光学密度比r能够使用经验校准步骤(例如，SpO2＝110-25·r.)被映射到SpO2值。
一种用于推导光学密度比r的基于谱域的方法的示例是FAST，如在US 6,631,281中描述的。FAST方法基于归一化的红光信号和归一化的红外光信号的单独谱来确定比值。通过在纵坐标方向绘制红外光谱并且在横坐标方向绘制红光谱来获得类似针的尖状体的表示。针与红外光谱和红光谱中的峰值相对应并且针的方向与饱和度相对应。传统上，主要由脉搏信号的基础频率确定SpO2，因为与脉搏信号的较高谐波相比较，脉搏信号的基础频率在幅度谱中是主导的。
如上面提到的，本文描述的技术基于能够根据不同波长PPG信号中的脉搏分量的较高谐波确定SpO2的洞察。不考虑PPG信号的脉搏分量的基础频率(第一谐波)提供了对SpO2测量结果可靠性的改善。因而，根据本文描述的技术，通过处理PPG信号的脉搏分量中具有高于脉搏分量的基础频率(第一谐波)的频率的部分来确定SpO2测量结果。在一些实施例中，通过处理PPG信号的脉搏分量的较高谐波中的一个或多个来确定SpO2测量结果。基础频率是PPG信号测量期间对象的脉搏速率。在下文中，“较高谐波”指代波形中的脉搏分量高于脉搏速率的谐波(其中脉搏速率是第一谐波/基础谐波)。
下面使用基于与自适应脉搏血液体积(APBV)方法(如在“New principle formeasuring arterial blood oxygenation,enabling motion-robust remotemonitoring”by M.van Gastel,S.Stuijk and G.de Haan(2016),Scientific Reportsvolume 6,Article number:38609)和Masimo SET(信号提取技术)方法(“Masimo signalextraction pulse oximetry”by J.M.Goldman et al.(2000),JCMC 16:475-483)相关的噪声消除(NC)的方法来说明根据本文描述的技术通过仅使用脉搏分量的较高谐波获得的改善。NC方法与APBV和Masimo SET方法类似的地方在于它颠倒了测量SpO2的过程。它检查比值的集合并且根据比值确定SpO2，这产生从PPG波形提取的最高脉搏质量的信号。脉搏质量由脉搏信号的周期性确定，即，脉搏信号的功率谱被缩放因子归一化，使得完全周期性的信号将具有等于整体的加和峰值谱(调谐相关峰值的加和)，而任何非谐波或者非周期失真将降低这一峰值水平。
在本文描述的技术的实施例中，能够针对根据较高谐波(例如，高于某一频率的谐波，比如2.5Hz)或者根据某一谐波数目确定的周期性的量来分析候选脉搏信号(即，使用光的不同波长获得的PPG信号)。
基于对五个健康志愿者进行的研究结果示出由本文提供的技术提供的SpO2测量结果的改善。在这一研究中，针对身体上的三个不同位置同时获得相应的红光和红外光PPG信号。这些位置是指尖、胸骨以及位于胸部上，并且特别是在中钙线的第二肋间，在上胸部的左侧。
首先，图2中的图形示出了在由针对位于胸部上的PPG传感器的两种传统方法(FAST和NC)计算的2分钟时段上的平均SpO2测量结果以及作为根据两种方法获得的平均值的指尖上的传统SpO2测量结果，因为该值在方法之间大致相同。应该注意到，对方法的比较集中于SpO2值的分散而不是集中于绝对值，这是因为，在研究中被定位在胸部上的传感器未被校准。图2中示出的NC方法没有利用本文描述的技术，即，该NC方法利用基础频率来计算SpO2。
因而，在图2中能够看出，对于大多数对象，在指尖处获得的SpO2与使用FAST和NC技术获得的SpO2之间存在显著差异。图2示出了从指尖获得的测量结果大致在94％，在对象之间具有小的方差。在胸部上获得的测量结果在对象之间明显变化更多，数值在92％和100％之间。与在指尖处测量的SpO2的方差相比较，在胸部上测量的SpO2的方差更大，并且与参考的比较将当然超出3.5％的均方根误差(RMSE)限制，这是美国食品与药物管理局(FDA)请求的限制。
图3中的图形示出了与图2中相同的平均SpO2测量结果，除了用于确定SpO2的NC技术仅利用较高谐波而不是脉搏的基础频率来确定SpO2。在图3中能够看出，与FAST方法和传统NC方法相比较，使用改善的NC方法在胸部确定的SpO2测量结果的方差得到显著降低，并且现在更加接近在指尖处测量的SpO2的方差。
可以认为，通过仅使用较高谐波确定SpO2测量结果提供的改善可能是由于源自呼吸的运动伪影，这主要影响较低频率范围，因为呼吸速率通常低于脉搏速率，并且对脉搏分量的较高谐波具有更小影响。也可以是这种情况，静脉血液脉搏主要影响较低频率范围，并且与动脉血液脉搏相比较，其较高谐波不太存在。
尽管在一些实施例中使用基础频率之上的所有谐波来确定SpO2测量结果，但是在可选实施例中，可以做出对一个或多个较高谐波的选择，并且SpO2测量结果根据对PPG信号中那些谐波的分析来确定。在后者的情况下，选择一个或多个较高谐波可以是动态的，并且取决于一个或多个参数。参数可以包括诸如心率(脉搏速率)或者呼吸速率的生命体征，或者与血管的刚度相关的参数，例如对象的年龄、脉搏传输时间(PTT)和/或脉搏波的形态学。
因而，在一些实施例中，如果呼吸速率增加或者高于阈值，则可以根据脉搏谱的较高频率区域或者较高谐波数量来确定SpO2测量结果，而不是根据PPG信号中脉搏分量的所有较高谐波。例如，每分钟25个呼吸的呼吸速率可能高于呼吸速率阈值，并且因此在这一呼吸速率处，可以根据高于脉搏分量的第二谐波的频率来确定SpO2测量结果。如果在这一示例中脉搏速率是每分钟60跳，则可以使用每分钟180跳的第三和较高谐波来确定SpO2测量结果。
在一些实施例中，如果脉搏速率增加或者高于阈值，则可以根据甚至更高的频率区域或者在脉搏谱中高于第二谐波的谐波数量来确定SpO2测量结果，而不是仅仅根据PPG信号中脉搏分量的第二谐波分量和更高谐波分量。例如，每分钟120跳(bpm)的脉搏速率可能高于脉搏速率阈值，并且因此可以根据高于脉搏分量的第二谐波的频率(例如，第三谐波和较高谐波)来确定SpO2测量结果。
在一些实施例中，可以基于对象的呼吸速率和脉搏速率二者来确定用于确定SpO2的较高谐波。例如，在确定脉搏分量的那些较高谐波应该用于确定SpO2时，可以考虑PPG信号中呼吸分量的谐波。例如，如果脉搏速率相对低，则在呼吸分量的第二谐波接近脉搏速率的情况下，可以根据脉搏分量的第三或者更高谐波来确定SpO2测量结果。例如，如果脉搏速率为55bpm并且呼吸速率是每分钟25个呼吸，则呼吸分量的第二谐波接近脉搏速率。脉搏分量的第三谐波(即，165bpm)可能不太会由于呼吸分量的第六和第七谐波而失真(即，分别为每分钟150个呼吸和每分钟175个呼吸)，并且谐波的幅度通常降低，用于增加谐波数目。
为了实现上面的实施例，装置4或者系统2还可以包括用于测量诸如脉搏速率和/或呼吸速率的一个或多个其它传感器(这样的传感器分别被称为“脉搏速率传感器”和“呼吸速率传感器”)。例如，装置4或者系统2可以包括能够提供代表诸如脉搏速率和/或呼吸速率的生命体征的测量信号的心电图(ECG)传感器、心冲击图(BCG)传感器、电阻传感器、电容传感器、电感传感器、生物阻抗传感器、气流传感器或者加速度计。这些传感器可以被穿戴在对象上，例如在身体上到PPG传感器6相同或者类似的位置处，或者它们可以在对象的环境中，例如在床中。可选地，能够根据由用于确定SpO2测量结果的PPG传感器6获得的PGG信号中的一个或二者来确定脉搏速率和/或呼吸速率。使用PPG信号来确定脉搏速率在本领域是公知的。而且，能够通过对PPG信号进行低通滤波来确定呼吸速率，特别是对于从位于胸部上的PPG传感器6获得的PPG信号。
在一些实施例中，用于确定SpO2的最佳谐波可以取决于PPG传感器在对象的身体上的位置。例如，基于图2和图3中示出的研究数据，从在胸骨和指尖处测量的PPG信号获得的SpO2测量结果比在胸部处测量的PPG信号表现出较少差异，例如由于在胸部处的测量受胸部由于呼吸而移动的影响。
图4是根据实施例示出了确定SpO2测量结果的示例性过程的方框图。在这一实施例中，选择较高谐波用于确定SpO2是基于一个或多个生命体征，例如脉搏速率和/或呼吸速率，并且也基于PPG传感器在对象上的位置。因而，来自PPG传感器6的PPG信号42被输入到生命体征测量框44，该生命体征测量框44确定一个或多个生命体征的测量结果或者用于选择较高谐波的其它参数。
确定的生命体征或者其它参数连同在PPG传感器6的位置上的信息48一起被输入到框46。框46接着基于接收的生命体征或者其它参数以及PPG传感器6的位置来选择用于确定SpO2的适合的频率区域、较高谐波。
指示所选择的频率区域、较高谐波的信息被输出到框50，框50根据选择的频率区域或者较高谐波使用PPG信号42来确定SpO2测量结果。在一些实施例中，框50通过检测幅度谱中的峰值来“跟踪”较高谐波。对于确定SpO2的标准方法，例如使用比值的比值，能够在红光和红外光PPG信号42中检测和跟踪峰值，并且这些峰值用于计算SpO2。对于基于NC或者APBV的可选方法，能够跟踪PPG信号的幅度谱中的较高谐波峰值以找到最佳比值。
在可选方案中，一些实施例提供使用跟踪较高谐波频率并且对每一个较高谐波的复杂频率值进行加和的方法，能够直接根据较高谐波幅度来测量SpO2。在这一方案中，能够通过找到或者确定基础频率并且取频率的整数幅度以得到较高谐波，来跟踪较高谐波。这可以经常重复进行，例如每1分钟，并且能够跟随这些谐波的频率路径。
存在检测基础频率的几种方式。例如，能够分析红外光PPG信号以找到红外光PPG信号中具有至少两个脉搏速率周期的时间窗的幅度谱中的第一显著峰值。如果最低可能脉搏速率是30bpm，则4秒钟窗口会是足够的。在应用合适的窗口函数(例如，汉明窗)之后，能够计算傅里叶变换以及相对应的幅度谱。能够找到脉搏速率的可能频率范围内的所有峰值(例如如果脉搏速率能够在30和180bpm之间，则应该搜索0.5Hz和3Hz之间的峰值)。能够确定这一窗口内的最大值，并且能够识别至少处于这一最大值的某一百分比(例如，20％)的第一峰值。该第一峰值是基础频率。
在下面的示例中，在0.66z(40bpm)处找到第一显著峰值。如果仅150和300bpm之间的频率用于SpO2测量，则能够对位于150和300bpm之间的基础频率的较高谐波的幅度进行加和。对于40bpm的基础频率，谐波4、5、6和7落入这一范围内。因此，对在红外光幅度谱的这些谐波处的幅度值进行加和。这对于红光PPG信号能够同样进行。使用相同的时间窗口，并且计算幅度谱。已知基础频率为40bpm。因此，在对于红外光PPG信号的相关谐波处对幅度值进行加和。现在已知红外光和红光PPG信号的平均幅度，能够使用上面描述的比值来计算相对应的SpO2。
图5示出了使用上述方案测量的SpO2值与根据传统方法(基于指尖的测量结果用作参考)在指尖处获得的SpO2的差异。图5中的顶部图形绘制了五个对象中的每一个关于频率的SpO2差异，在纵轴上标注了脉搏速率的第一到第六谐波频率。SpO2差异代表在该特定频率处使用脉搏分量测量的SpO2与使用传统方法在指尖处测量的SpO2之间的差异。因而，针对每一个对象的线示出了与传统基于指尖的测量的SpO2差异在基础频率(第一谐波)之上如何随着频率改变。通常，使用基础频率(即，在谐波1处)处红光和红外光PPG信号的幅度值的比值来测量SpO2，尽管根据本文描述的技术能够代替使用位于高于基础频率的频率处的脉搏分量来得到SpO2值，如图5所示。
图5中的底部图形绘制了在每一个频率处在对象之间SpO2差异的标准偏差或者分散(表示为STD SpO2)。用于确定SpO2的最佳较高谐波是在五个对象上与基于指尖的测量的差异最低的情况。能够看出，0.37％的最低分散是在谐波3.24处(即，为3.24*脉搏速率的频率处)。因而，对于最近的整体谐波数目，与基于指尖的测量的差异在第三谐波处最低，并且在一些实施例中，SpO2测量结果基于根据在第三谐波处的脉搏分量(或者在第3.24个谐波处的脉搏分量)计算的比值的比值。将意识到，SpO2测量结果可能不被校准，并且因此会存在需要从SpO2测量结果中减去的偏移。结果，与不同对象之间的偏差相比较，来自参考指尖传感器的绝对偏差不太重要。
在一些实施例中，分析较高谐波以确定SpO2可以包括向脉搏分量的一个或多个谐波应用加权。针对特定谐波的加权可以反映使用该谐波获得的SpO2测量结果的可靠性。例如，参考在图5的底部图形中的示例，较高的加权能够用于第三谐波或者附近的频率，因为在这些频率处的SpO2测量结果更加接近基于指尖的测量结果，但是较低加权能够用于第二谐波和/或第四谐波和更高谐波。在一些实施例中，应用到特定谐波的加权也可以或者可选地取决于对象的一个或多个生命体征或者其它参数。例如，以与选择合适较高谐波的类似方式，应用的加权可以取决于脉搏速率、呼吸速率和/或PPG传感器6在对象的身体上的位置。这一方案能够用在NC或者ABPV方法中，其中，谐波幅度的加权平均能够用于确定最优比率，以确定SpO2。
额外地或备选地，在一些实施例中，根据不同的较高谐波来确定相应的SpO2测量结果，并且这些SpO2测量结果被平均以确定最终的SpO2测量结果。这一平均可以是加权平均，在这种情况下确定SpO2测量结果可以包括向使用相应的较高谐波确定的SpO2测量结果应用相应的加权，并且确定最终的SpO2测量结果作为经加权的SpO2测量结果的加权平均。对于特定SpO2测量结果的加权可以反映使用相关谐波获得的SpO2测量结果的可靠性。如上所述，对于特定SpO2测量结果的加权也可以或者可选地取决于对象的一个或多个生命体征或者其它参数。例如，应用的加权可以取决于脉搏速率、呼吸速率和/或PPG传感器6在对象的身体上的位置。这一方案能够与确定SpO2测量结果的标准“比值的比值”方法一起使用，因此例如，能够采用针对每一个谐波计算的SpO2值的加权平均。
在另一方案中，对较高谐波的分析可以仅考虑高于某一频率的较高谐波。这可以按照与上面对一个或多个较高谐波的加权平均或者形成加权平均类似的方式执行，除了在确定SpO2测量结果时考虑高于某一频率的所有较高谐波。
在其它实施例中，对较高谐波的分析可以包括跟踪单个较高谐波，例如第三谐波。
尽管在上面的实施例中在谱(频率)域中分析了PPG信号，但是在一些实施例中，对脉搏分量的较高谐波的评估可以应用于对PPG信号在时域中的分析。具体地，可以使用高于基础频率的截止频率对PPG信号进行高通滤波。能够在PPG信号42的归一化之后执行高通滤波。能够根据高通滤波的红光和红外光PPG信号来确定光学密度比，例如，通过使用均方根(RMS)：RMS(高通滤波的红光)/RMS(高通滤波的红外光)。
在一些实施例中，在确定SpO2测量结果时能够使用在PPG信号测量期间关于对象姿势的信息。关于对象姿势的信息能够根据来自由对象穿戴的加速度计的加速度测量结果进行推导。在PPG信号测量期间考虑对象的姿势能够用于增加确定的SpO2测量结果的稳健性。例如，如果在获得PPG信号或者PPG信号的一部分时对象处于特定的姿势中，则在确定SpO2时能够排除该PPG信号或者PPG信号的该部分。在一些实施例中，对于胸部穿戴的PPG传感器，特定姿势可以是当对象侧躺时，因为已经发现，与其它身体姿势相比较，当对象侧躺时获得的PPG信号导致SpO2测量结果的偏差。这是由于PPG传感器与皮肤的不良接触，或由于皮肤的褶皱。
将意识到，本文描述的技术不仅仅应用于从位于对象胸部上的PPG传感器6获得的PPG信号，并且该技术能够应用于从对象的任意身体部分获得的PPG信号。而且，该技术不局限于使用基于接触的PPG传感器(即，基于透射的PPG传感器或者基于反射的PPG传感器)获得的PPG信号，并且该技术也能够适用于使用相机远程获得的PPG信号。
图6中的流程图说明了根据各种实施例用于确定对象的SpO2测量结果的方法。该方法能够由装置4执行，例如由处理单元8执行。处理单元8可以用于执行适合配置的计算机可读代码来执行该方法。
在步骤101中，针对对象接收第一PPG信号和第二PPG信号。第一PPG信号与光的第一波长相关或者包括该第一波长的测量结果，并且第二PPG信号与光的第二波长相关或者包括该第二波长的测量结果。在一些实施例中，光的第一波长可以是红色光(例如，具有660nm的波长)，并且光的第二波长可以是红外光(例如，具有940nm的波长)，或者反之亦然。第一PPG信号和第二PPG信号与相同的时间段相关。在一些实施例中，可以针对每一个波长接收多个PPG信号，例如从位于对象的身体的不同部分上的PPG传感器，并且第一PPG信号和第二PPG信号的这些集合根据该方法的随后步骤被处理。
生成PPG信号的PPG传感器6可以是基于接触的PPG传感器，其使用基于透射或基于反射的测量技术来获得PPG信号。可选地，生成PPG信号的PPG传感器6可以是在不要求与对象的皮肤直接接触的情况下获得PPG信号的远程PPG传感器(例如，一个或多个相机)。
在一些实施例中，步骤101包括当生成PPG信号时直接从PPG传感器6接收PPG信号。这些实施例能够实现实时确定SpO2测量结果。在其它实施例中，PPG信号可以被存储在存储器单元10中，并且步骤101包括从存储器单元10取回PPG信号。
PPG信号包括与对象中脉搏/血液体积随着时间改变相关的脉搏分量。PPG信号也能够包括由于噪声和/或运动伪影(包括由于呼吸的运动)的信号分量。PPG信号的脉搏分量是PPG信号中的谐波系列，脉搏速率作为谐波系列的基础频率(第一谐波)。因而，脉搏分量包括脉搏速率处的信号分量，以及较高谐波处的信号分量，即在高于脉搏速率的频率处。
接下来，在步骤103中，确定在测量第一PPG信号和第二PPG信号期间发生的对象的脉搏速率。脉搏速率被认为是在第一PPG信号和第二PPG信号的随后处理中的基础频率(第一谐波)。步骤103能够包括处理第一PPG信号和第二PPG信号中的一个或两个以确定对象的脉搏速率。用于根据PPG信号确定脉搏速率的技术在本领域中是已知的，并且本文将不进行进一步描述。在可选实施例中，可以根据来自不同传感器的测量结果来确定脉搏速率，例如加速度计、ECG传感器、BCG传感器等等。在这种情况下，装置4或者处理单元8能够从不同传感器接收信号(在与第一PPG信号和第二PPG信号同时或者类似时间测量该信号)，并且处理该信息以确定心脏速率，这指示脉搏速率。
一旦在步骤103中确定了脉搏速率，在步骤105中，第一PPG信号和第二PPG信号被处理以确定对象的SpO2测量结果。具体地，在高于基础频率(脉搏速率)的频率处的第一PPG信号和第二PPG信号的脉搏分量的一个或多个谐波被处理以确定针对对象的SpO2测量结果。
步骤105能够包括根据高于基础频率的第一PPG信号和第二PPG信号的脉搏分量的一个或多个谐波推导的光学密度比来确定SpO2测量结果。即，在步骤105中，能够使用高于基础频率的频率处的第一PPG信号和第二PPG信号的脉搏分量的谐波来确定SpO2测量结果，在确定SpO2测量结果时，忽略或者省去处于基础频率和低于基础频率的PPG信号的脉搏分量。
在一些实施例中，步骤105包括处理第一PPG信号以确定由第一PPG信号的非脉动分量(DC1)归一化的第一PPG信号中的脉动分量(AC1)的较高谐波以及由第二PPG信号的非脉动分量(DC2)归一化的第二PPG信号中的脉动分量(AC2)的较高谐波。能够根据符合上面等式(1)的这些归一化的较高谐波脉动分量的比值来确定SpO2测量结果。
在可选实施例中，步骤105能够包括在高于基础频率的频率处根据第一PPG信号和第二PPG信号的脉搏分量的较高谐波的幅度来确定SpO2测量结果。
一旦确定了SpO2测量结果，该SpO2测量结果能由装置4输出。例如，该SpO2测量结果能够被显示给装置4的用户，例如，对象本人，或者医生或者对于对象的其它护理提供方。额外地或备选地，SpO2测量结果可以被传输或者以其它方式提供给另一设备，例如将SpO2测量结果存储在对象的患者记录中的服务器或者计算机。
在一些实施例中，步骤105能够包括在时域中处理第一PPG信号和第二PPG信号的较高谐波以确定SpO2测量结果。在其它实施例中，步骤105能够包括在频域中处理第一PPG信号和第二PPG信号的较高谐波以确定SpO2测量结果。
在一些实施例中，步骤105能够包括向第一PPG信号和第二PPG信号的脉搏分量的较高谐波应用加权。接着根据经加权的较高谐波来确定SpO2测量结果。向较高谐波应用不同的加权能够增加或者降低特定谐波对产生的SpO2测量结果的影响。在一些实施例中，应用到脉搏分量的相应较高谐波的加权能够基于对象的一个或多个生命体征或者其它参数，例如对象的呼吸速率、对象的脉搏速率、PPG传感器6在对象上或者相对对象的位置，以及对对象的移动和/或姿势的测量结果。在这些实施例中，装置4或者系统2可以包括用于测量这些生命体征或者参数的一个或多个额外传感器。
在一些实施例中，例如使用APBV方法确定SpO2的那些实施例中，在步骤101接收针对光的进一步波长的至少第三PPG信号，并且在步骤105中连同第一PPG信号和第二PPG信号一起被处理以确定对象的SpO2测量结果。
在可选实施例中，步骤105能够包括选择与高于基础频率的一个或多个谐波相对应的第一PPG信号和第二PPG信号的脉搏分量的谐波。接着根据选择的第一PPG信号和第二PPG信号的脉搏分量的较高谐波来确定SpO2测量结果。在一些实施例中，选择较高谐波能够基于对象的一个或多个生命体征或者其它参数，例如对象的呼吸速率、对象的脉搏速率、PPG传感器6在对象上或者相对对象的位置，以及对对象的移动和/或姿势的测量结果。在这些实施例中，装置4或者系统2可以包括用于测量这些生命体征或者参数的一个或多个额外传感器。
在一些实施例中，特别是在时域中处理PPG信号以确定SpO2测量结果的实施例中，步骤105能够包括对第一PPG信号和第二PPG信号进行高通滤波并且处理经过高通滤波的PPG信号以确定SpO2测量结果。高通滤波器的截止频率高于基础频率(脉搏速率)。在一些实施例中，截止频率可以高于脉搏分量的较低谐波(例如，高于第二谐波，或者高于第三谐波)。在一些实施例中，可以基于对象的一个或多个生命体征或者其它参数来设置截止频率的值，例如对象的呼吸速率、对象的脉搏速率、PPG传感器6在对象上或者相对对象的位置，以及对对象的移动和/或姿势的测量结果。在这些实施例中，装置4或者系统2可以包括用于测量这些生命体征或者参数的一个或多个额外传感器。
因而，提供一种方法和装置，其提供对对象的SpO2的测量结果，与使用传统技术确定的SpO2测量结果相比较具有改善的可靠性。具体地，使用本文描述的技术根据从胸部或者其它中心身体部分获得的PPG信号确定的SpO2测量结果的可靠性可以接近使用传统处理技术从指尖获得的SpO2测量结果的可靠性。
本领域普通技术人员在实践本文描述的原理和技术时，通过研究附图、本公开和所附权利要求书，能够理解和实施对所公开实施例的修改。在权利要求书中，词语“包括”不排除其它元素或者步骤，并且非限定词语“一”或者“一个”不排除多个。单个处理器或者其它单元可以实现权利要求书中引述的几个项目的功能。唯一事实在于，在共同的不同从属权利要求中引述的某些措施不表明不能够利用这些措施的组合。计算机程序可以被存储或者分布在合适的介质上，例如与其它硬件一起提供或者作为其它硬件一部分提供的光学存储介质或者固态介质，但是也可以按照其它形式分布，例如经由互联网或者其它有线或无线电信系统。权利要求书中的任意附图标记不应该被构筑为对范围进行限制。

Claims (15)

1.一种用于确定针对对象的动脉血氧SpO2测量结果的计算机实现的方法，所述方法包括：
接收(101)针对所述对象的第一光电容积描记PPG信号和第二光电容积描记PPG信号，其中，使用光的第一波长获得所述第一PPG信号，并且使用光的第二波长获得所述第二PPG信号，其中，所述第一PPG信号和所述第二PPG信号包括与所述对象中随着时间的血液体积改变相关的脉搏分量；并且
确定(103)与在测量所述第一PPG信号和所述第二PPG信号期间发生的所述对象的脉搏速率相对应的基础频率；并且其特征在于，
处理(105)高于所述基础频率的频率处的所述第一PPG信号和所述第二PPG信号的所述脉搏分量的一个或多个较高谐波，以基于所述第一PPG信号和所述第二PPG信号的所述脉搏分量的经处理的一个或多个较高谐波来确定针对所述对象的SpO2测量结果，排除所述脉搏分量的所述基础频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，处理(105)的步骤包括
向所述一个或多个较高谐波应用相应的加权；并且
处理经加权的较高谐波以确定所述SpO2测量结果。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，处理(105)的步骤包括：
选择所述第一PPG信号和所述第二PPG信号的所述脉搏分量的一个或多个较高谐波；并且
处理所选择的一个或多个较高谐波以确定所述SpO2测量结果。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，处理(105)的步骤包括：
以高于所述基础频率的截止频率对所述第一PPG信号和所述第二PPG信号进行高通滤波；并且
处理经高通滤波的第一PPG信号和第二PPG信号以确定所述SpO2测量结果。
5.根据权利要求2、3或者4所述的方法，其中，相应的加权基于以下中的一个或多个：所述对象的呼吸速率、所述对象的脉搏速率、PPG传感器在所述对象上或者相对所述对象的位置以及对所述对象的移动和/或姿势的测量结果。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，其中，处理(105)一个或多个较高谐波的步骤包括：
根据由所述第一PPG信号和所述第二PPG信号的所述一个或多个较高谐波推导的光学密度比来确定所述SpO2测量结果。
7.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，其中，处理(105)一个或多个较高谐波的步骤包括：
根据所述一个或多个较高谐波的幅度确定所述SpO2测量结果。
8.一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，所述计算机可读介质具有体现在其中的计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置为使得在由合适的计算机或者处理器执行时引起所述计算机或者处理器执行根据权利要求1-7中的任一项所述的方法。
9.一种用于确定针对对象的动脉血氧SpO2测量结果的装置(4)，所述装置(4)包括被配置为执行如下的处理单元(8)：
接收针对所述对象的第一光电容积描记PPG信号和第二光电容积描记PPG信号，其中，使用光的第一波长集合获得所述第一PPG信号，并且使用光的第二波长集合获得所述第二PPG信号，其中，所述第一PPG信号和所述第二PPG信号包括与所述对象中随着时间的血液体积改变相关的脉搏分量；并且
确定与在测量所述第一PPG信号和所述第二PPG信号期间发生的所述对象的脉搏速率相对应的基础频率，并且其特征在于，所述装置(4)还被配置为：
处理高于所述基础频率的频率处的所述第一PPG信号和第二PPG信号的所述脉搏分量的一个或多个较高谐波，以基于所述第一PPG信号和所述第二PPG信号的所述脉搏分量的经处理的一个或多个较高谐波来确定针对所述对象的SpO2测量结果，排除所述脉搏分量的所述基础频率。
10.根据权利要求9所述的装置(4)，其中，所述处理单元(8)被配置为通过以下操作来处理所述一个或多个较高谐波：
向所述一个或多个较高谐波应用相应的加权；并且
处理经加权的较高谐波以确定所述SpO2测量结果。
11.根据权利要求9所述的装置(4)，其中，所述处理单元(8)被配置为通过以下操作来处理所述一个或多个较高谐波：
选择所述第一PPG信号和所述第二PPG信号的所述脉搏分量的一个或多个较高谐波；并且
处理所选择的一个或多个较高谐波以确定所述SpO2测量结果。
12.根据权利要求9所述的装置(4)，其中，所述处理单元(8)被配置为通过以下操作来处理所述一个或多个较高谐波：
以高于所述基础频率的截止频率对所述第一PPG信号和所述第二PPG信号进行高通滤波；并且
处理经高通滤波的第一PPG信号和第二PPG信号以确定所述SpO2测量结果。
13.根据权利要求10、11或者12所述的装置(4)，其中，相应的加权基于以下中的一个或多个：所述对象的呼吸速率、所述对象的脉搏速率、PPG传感器在所述对象上或者相对所述对象的位置以及对所述对象的移动和/或姿势的测量结果。
14.根据权利要求9-13中的任一项所述的装置(4)，其中，所述处理单元(8)被配置为通过以下操作来处理所述一个或多个较高谐波：
根据由所述第一PPG信号和所述第二PPG信号的所述一个或多个较高谐波推导的光学密度比来确定所述SpO2测量结果。
15.根据权利要求9-13中的任一项所述的装置(4)，其中，所述处理单元(8)被配置为通过以下操作来处理所述一个或多个较高谐波：
根据所述一个或多个较高谐波的幅度来确定所述SpO2测量结果。
CN202280011106.4A 2021-01-21 2022-01-17 动脉血氧测量 Pending CN116801805A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21152719.7A EP4032472A1 (en) 2021-01-21 2021-01-21 Arterial blood oxygenation measurements
EP21152719.7 2021-01-21
PCT/EP2022/050879 WO2022157116A1 (en) 2021-01-21 2022-01-17 Arterial blood oxygenation measurements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116801805A true CN116801805A (zh) 2023-09-22

Family

ID=74194673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280011106.4A Pending CN116801805A (zh) 2021-01-21 2022-01-17 动脉血氧测量

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230404444A1 (zh)
EP (2) EP4032472A1 (zh)
JP (1) JP7442746B2 (zh)
CN (1) CN116801805A (zh)
WO (1) WO2022157116A1 (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6631281B1 (en) 1999-06-10 2003-10-07 Koninklijke Philips Electronics N.V. Recognition of a useful signal in a measurement signal
DE60133533T2 (de) * 2000-02-10 2009-06-25 Draeger Medical Systems, Inc., Danvers Verfahren und vorrichtung zur erfassung eines physiologischen parameters
JP3924636B2 (ja) 2001-10-30 2007-06-06 日本光電工業株式会社 脈波信号処理方法
AU2003216348A1 (en) * 2002-02-22 2003-09-09 Datex-Ohmeda, Inc. Cepstral domain pulse oximetry

Also Published As

Publication number Publication date
US20230404444A1 (en) 2023-12-21
WO2022157116A1 (en) 2022-07-28
EP4032472A1 (en) 2022-07-27
JP7442746B2 (ja) 2024-03-04
EP4280956A1 (en) 2023-11-29
JP2023551585A (ja) 2023-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Charlton et al. Breathing rate estimation from the electrocardiogram and photoplethysmogram: A review
Castaneda et al. A review on wearable photoplethysmography sensors and their potential future applications in health care
Pimentel et al. Toward a robust estimation of respiratory rate from pulse oximeters
Roy et al. Improving photoplethysmographic measurements under motion artifacts using artificial neural network for personal healthcare
US11464457B2 (en) Determining an early warning score based on wearable device measurements
Bailón et al. A robust method for ECG-based estimation of the respiratory frequency during stress testing
JP6461021B2 (ja) 被検者のバイタルサイン情報を取得するためのデバイス及び方法
JP2021519621A (ja) フォトプレチスモグラフィック（ｐｐｇ）シグナルに基づいて血圧および動脈壁の硬化を推定する方法
CN114867410A (zh) 使用人工智能进行连续无创血压监测的校准
US11903744B2 (en) Blood pressure and autoregulation monitoring
CN109414204A (zh) 用于确定针对对象的呼吸信息的方法和装置
EP3500154B1 (en) A sensor system and method for determining a breathing type
Ambekar et al. A novel algorithm to obtain respiratory rate from the PPG signal
Yuan et al. Motion artefact minimization from photoplethysmography based non-invasive hemoglobin sensor based on an envelope filtering algorithm
JP2019097757A (ja) 生体情報計測装置、生体情報計測プログラム、及び生体情報計測方法
Huang et al. Novel continuous respiratory rate monitoring using an armband wearable sensor
Sultan et al. Continuous patient-independent estimation of respiratory rate and blood pressure using robust spectro-temporal features derived from photoplethysmogram only
JP7442746B2 (ja) 動脈血酸素化測定
Alqudah et al. Multiple time and spectral analysis techniques for comparing the PhotoPlethysmography to PiezoelectricPlethysmography with electrocardiography
WO2020012807A1 (ja) 生体情報処理装置及び生体情報処理方法
Klum et al. Impedance plethysmography for respiratory flow and rate estimation using multilayer perceptrons
Botrugno et al. Smart combination of ECG and PPG signals: An innovative approach towards an electronic device for vital signs monitoring
Tabei Novel smartphone-based photoplethysmogram signal analysis for health monitoring applications
Snizhko et al. Methods for increasing the accuracy of recording the parameters of the cardiovascular system in double-beam photoplethysmography
Lim Artifact identification for blood pressure and photoplethysmography signals in an unsupervised environment.

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination