CN1486674A - 用于测量生物信号的探测器及包括其的生物信号测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于测量生物信号的探测器及包括其的生物信号测量系统。该探测器包括：光源单元，其包括与待测物的预定位置接触并向该预定位置发射光的光源；光电探测器单元，其面向该光源单元设置，以接收从光源单元发射并通过该待测物传送的光；主体，其具有用于容纳待测物的空间，在该主体中，该光源单元和该光电探测器单元位于同一光轴上；以及施压单元，其耦合到主体上用于通过该光源单元向待测物施压。生物信号测量系统包括：上述探测器；控制探测器的操作并记录和分析探测器输出信号的控制器；显示被测光的强度的被测光强度显示单元；和生物信号显示单元。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测量生物信号的探测器以及一种包括该探测器的生物信号测量系统。
背景技术
如同人体的新陈代谢因人而异一样，不同个体的搏动(即，脉搏)和血压也是不同的。另外，对于同一个受检者身上的多个测量位置甚至同一测量位置，在不同的测量时间和受检者的身体状态下测量，测得的血液组成、血量、搏动强度也是不同的。因此，需要能够提供受检者准确生物信息的可靠的生物信号测量装置。这样的测量装置可能是一种提供如光学体积描记图(photoplethysmogram)信息的探测器。
在生物信号检测点测量时，不应使接受生物信号测量的患者产生压迫感，但应该允许从病人身体中能够测得衰弱的生物信号。由于这些原因，生物信号通常从病人手指上测量得到。
搏动是最常测量的生物信号。到达指尖的血管的弹性、血液循环状态、低血压等都可以通过对指尖的搏动测量中得到。另外，动脉以及周边的血管的病症也可以在早期被诊断出来。
测量用于反映心脏跳动状态、血管状态、血液循环状态的搏动的方法可以分成血压测量法和光学体积描记图法。血压测量方法是指采用一种非侵害的传感器来测量血管中的血压变化。光学体积描记图法是指利用通过受检者身体的预定位置的光强度来测量周边血管中的血量变化。
通常，受检者的光学体积描记图可以通过一个探测器在该受检者的手指上测量得到。然而，人们并不知道受检者的指甲是否准确地接触到常规探测器的光源。更明确地说，光可能会辐射到皮肤的某个点上，而不是在指甲上，这样噪音也许会包含在光学体积描记图的结果中。虽然指甲或许可以接触到光源，但如果指甲与光源之间接触的压力不足，外界光或外部环境还会产生噪音组分，即，如果该压力不是处在一个正确的范围内，会导致不可靠的诊断结果。
发明内容
本发明提供了一种用于测量生物信号的探测器，利用该探测器可使得由于外部光源产生的噪音和/或受检者移动产生的在测得的如光学体积描记图(PPG)波形这一生物信号的噪音减少到最小，且提高了生物信噪比以保证更为可靠的测量结果。本发明同时提供了一种包括上述探测器的生物信号测量系统。
依照本发明的一个方面，本发明提供了一种用于光学体积描记图(PPG)测量法中的探测器，它包括光源单元，该光源单元包括接触待测目标上的一个指定点并发光到该指定点上的光源；置于光源单元的对面的光电探测器单元，该光电探测器单元用于接收从光源单元发射出并通过待测物传输的光；具有用于容纳待测物空间的主体，该主体中，光源单元和光电探测器单元处于同一光轴上；以及连接在主体上用于通过光源单元向待测物施压的施压单元。该光源单元还可以包括发光二极管作为光源。该光电探测器单元还可以包括用于将光电探测器单元检测到的光转换成电信号的光电转换器。
在本发明的一个实施例中，施压单元可以放置成与光源单元、光电探测器单元所处的光轴对齐。该施压单元可以包括连接在光源单元上表面的螺母，该螺母可以在垂直方向移动，并包括与该螺母连接的螺钉。该探测器还可以包括置于螺母和光源单元之间的散热盘。该探测器还可以包括置于螺母和光源单元之间的弹性件。该探测器还可以包括置于弹性件和光源单元之间的散热盘。
或者，施压单元可以包括具有水平部分和垂直部分的结构，其中，当该主体中没有待测物时该水平部分接触该主体的上表面，而当待测物插入该主体时该水平部分在该主体的上表面上方突起，其中该结构的垂直部分以垂直方向与该结构的水平部分连接，并且该垂直部分的一端通过该主体的上水平部分中的通孔连接在光源单元上；以及弹性件，其置于该主体与该光源单元之间环绕着该结构的垂直部分，这样就可以在该主体和该光源单元上施加弹力。
或者，施压单元可以包括具有足够的重量给待测物施压的结构，该结构具有水平部分和垂直部分。其中该结构的垂直部分以垂直方向与该结构的水平部分连接，并且该垂直部分的一端通过该主体的上水平部分中的通孔连接在该光源单元上。
该探测器还可以包括电连接到该探测器上的施压中止按钮，以允许受检者或是操作者通过该按钮停止施压单元施压。
依照本发明的另一方面，本发明提供了一种生物信号测量系统，该系统包括：探测器，在该探测器中，发射到待测物的预定位置上并通过该物体传递的光被检测到；用于控制探测器的操作以及记录和分析从探测器得到的信号的控制器；用于显示探测器被测光强度的被测光强度显示单元；连接到被测光强度显示单元、用于显示从受检者测量到的生物信号的生物信号显示单元。其中探测器包括：光源单元，该光源单元包括与待测物预定位置接触并且向该预定位置发光的光源；面向光源单元用于接收光源单元发射并经过待测物传递的光的光电探测器单元；具有用于容纳待测物的空间的主体，在该主体中，光源单元和光电探测器单元置于同一光轴上；以及连接在主体上用于通过光源单元向待测物施压的施压单元。
生物信号显示单元可以为显示从待测物得到的光学体积描记图(PPG)波形的光学体积描记图(PPG)显示单元。该控制器最好是微处理器。这个系统还可以包括模拟-数字转换器(ADC)，可编程逻辑器件(PLD)，或者用于记录测得的PPG波形的处理器。
当使用上述本发明中的探测器和生物信号测定系统时，能够使在PPG波形测量中由于受检者移动或者是外部因素(如外部光线)所带来的噪音减少到最小。因此，测得的PPG波形会有较高的信噪比，也更加可靠。
附图说明
本发明的上述以及其它方面、特点和优点将参考附图，通过对具体的典型实施例的描述令本领域普通技术人员更加清晰。
图1为本发明一个实施例中的光学体积描述图(PPG)测量系统的框架图；
图2为如图1所示探测器的第一实施例的截面图；
图3为如图1所示探测器的第二实施例的截面图；
图4为受检者的手指插入其中时，图3所示探测器的截面图；
图5为如图1所示探测器的第三实施例的截面图；
图6为受检者的手指插入其中时，图5所示探测器的截面图；
图7为如图1所示探测器的第四实施例的截面图；
图8为受检者的手指插入其中时，图7所示探测器的截面图；
图9到图11为与被测光强度成比例的电压-时间关系图，该图显示在图1所示的被测光强度显示单元上；
图12为一个流程图，该图描述了图1所示系统中的光源单元和光电探测器单元间距离减少的过程，以及其中测量PPG波的过程；以及
图13到图16为在不同条件下测量并显示在图1所示的PPG显示单元上的典型的光学体积描记图。
具体实施方式
2002年8月2日申请的名为“用于测量生物信号的探测器和带有该探测器的生物信号测量系统”的韩国专利No.2002-45802在此完全引入作为参考。
以下将参考附图所示的本发明典型实施例，对本发明作充分地说明。本发明可以不同的形式实施，但不应被解释成仅限于这里提出的实施例。当然，这里提供实施例以将本发明彻底和完全地公开，并将发明的范围全部转达给本领域熟练技术人员。在附图中，为清楚地说明，各层和区域的厚度被放大。全文中相同数字表示相同的部件。
为了得到受检者生理状态或血液组成的精确分析，对于受检者的具有高性噪比的生物信号(如光学体积描记图(PPG)波)的检测必须优于其他因素。例如，光学体积描记图需要使受检者移动产生的噪音(以下称移动噪音)和各种外界环境因素如外界光产生的噪音(以下称外部噪音)最小化。另外，个体差异也需加以考虑。
在本发明所示的探测器中，可以调节位于发射测量光的光源以及检测从光源发射并通过待测物传输的光的光电探测器之间的距离以降低移动噪音、外部噪音和个体差异(如待测物厚度或硬度)的影响。本发明的探测器将在下面进行详细描述。虽然，使用探测器检测的生物信号已经描述为如下所述的PPG波，但是采用本发明的探测器可以检测其它任意的生物信号。
参考附图1，依据本发明一个实施例的PPG测量系统包括具有施压单元、光源单元和光电探测器单元的探测器10。在实施过程中，施压单元向插入探测器的待测物施加预定大小的压力，光源单元发射光用于PPG的测量，正对着光源单元放置的光电探测器单元检测通过待测物传递的光。PPG测量系统还包括微处理器20，被测光强度显示单元30，以及PPG波显示单元40。微处理器20控制探测器10的操作并记录分析从探测器10输出的信号。被测光强度显示单元30通过微处理器20连接到探测器10上，在微处理器20的控制下显示与探测器10的光电探测器单元所探测得到的光强度成比例的电压图。PPG波显示单元40连接到被测光强度显示单元30并在微处理器20的控制下显示由探测器10测量得到的光学体积描述图。
与经由一个测量位置传输并被光电探测器单元所被测光强度(以下称为传输光强度(即，被测光强度))成比例的电压显示在被测光强度显示单元30上，并且同直接从光源单元发射出来的光的强度(即，发射光强度)不同。传输光强度提供了位于光路上的受检者的生物组织信息，例如，关于组织中血管的直径信息，以及血管中的血量、血液成分等。受检者的组织变化，例如血管直径的变化，血量的变化，受血管内压力变化的影响。受检者的PPG波形可以通过测量这些变化得到。这样，受检测者组织中的变化和受检者的PPG波形中的信息紧密相关。特别地，受检测者的组织变化会导致对光(例如对近红外光线)的吸收的变化以及传输光强度的变化。传输光强度的变化为受检测者的PPG波形提供了信息。显示在PPG波显示单元40上的PPG波形是通过对传输光强度的分析得到的。
图2到8描述了图1所示的探测器10的各种实施例。
参考图2，探测器10的第一实施例包括具有用于待测物62(例如手指)插入的空间的主体50，光源单元58，以及光电探测器单元60。主体50包括平行的上部分和下部分以及连接上部分和下部分的垂直部分。包括用于在靠近手指表皮的地方发射测量光的光源(如，发光二极管(LED))的光源单元58放置在主体50的上水平部分的预定位置。光源单元58的光源可以从主体的上水平部分朝向光电探测器单元60突出。最好将光源单元58突出到一个角度以使得待测物62(即，手指)插入探测器时能够感知到他/她的指甲接触到光源单元58。光电探测器单元60面向光源单元58放置于主体50的下水平部分上的预定位置。光电探测器单元60检测从光源单元58发出并经过待测物62传输的光。光电探测器单元60包括将光电探测器单元60检测到的光转换成电信号的光电转换器。光电探测器单元60和光源单元58最好放置于同一光轴上，即同轴排列。
为了检测包含最少移动噪音和外部噪音的PPG波形，最好是使光源单元58和光电探测器单元60之间的距离最小，这样光电探测器单元60就可以检测具有最大交流电(AC)振幅的PPG波形。为此，当手指甲接触到光源单元58突起的光源后，预定量但又不足以引起受检者任何疼痛的压力可以施加在受检者的指甲上以减少光源单元58和光电探测器单元60之间的距离。为此，用于通过光源单元58向待测物62的指定部分施加预定量压力的施压单元53放置于光源单元58之上。另外，用于向外发散光源单元58引起的热量的散热盘56放置于施压单元53和光源单元58之间。
施压单元53包括螺钉52和螺母54，螺钉52和螺母54通过旋转连接。当螺钉52转动时，螺母54沿着连接光源单元58中心和光电探测器单元60的中心光轴垂直向下移动。可选地，螺钉52和螺母54也可以被组合成单一整体沿着光轴垂直移动。在这种情况下，当螺钉52和螺母54组合在一起沿着同一方向转动时，螺钉54与构成主体50的内壁的攻丝部分(未示出)啮合。施压单元53可以由受检者手动压下，也可以在待测物62到达探测器的预定位置时自动啮合。
当施压单元53自动操作时，最好根据和施加的压力相应的被测光强度以及光源单元58和光电探测器单元60之间距离的变化决定是否继续施压。由于待测物62是弹性可压缩的，因此光源单元58和光电探测器单元60之间的距离一开始急剧下降，然后逐步变慢直至达到完全压缩。当光源单元58和光电探测器单元60之间的距离恒定时，最好停止施压单元53的操作并测量PPG波。然而，即使光源单元58和光电探测器单元60之间的距离达到恒定前，当显示在被测光强度显示单元30上的传输光强度达到最佳时，也可以停止施压单元53的操作以便测量PPG波形。当施压单元53设计成自动操作时，探测器还可以包括由微处理器20控制的用于感知由施压单元53向待测物62施加的压力量的压力传感器(未示出)，即能够感知光源单元58和光电探测器单元60之间距离变化的传感器。完成测量后，测得的PPG波通过模拟-数字转换器(ADC)或可编程逻辑器件(PLD)或处理器来记录。
当施压单元53设计成如上所述自动操作时，很重要的设计考虑是在压缩过程中避免伤害受检者。为此，优先缓慢操作施压单元53使得在压缩过程中待测物感受到疼痛的时候可以迅速地反应。另外，PPG测量系统最好配置成当压力作用过程中受检者在测量位置上感觉到疼痛时，可以立刻停止施压单元53的操作。通常，由施压单元53施加的压力水平和相应的疼痛感觉记录在数据库中，使得作为系统控制器的微处理器20自动停止施压单元53的操作。
对于敏感的受检者，PPG系统最好还包括使受检者或者系统操作员可以迅速地停止对受检者测量位置的压缩的装置。这样的装置可以包括连接在图2所示的探测器上的第一施压中止按钮，该按钮允许受检者在必要的时候可以按下，以及/或者设置于系统控制面板中的第二施压中止按钮，该按钮使得系统操作员在必要时可以按下。当第一或第二施压中止按钮被按下时，PPG测量系统优先于其它信号对由第一或第二施压中止按钮产生的信号进行处理。
便于比较，施压单元53的第一实施例的上述描述在后续其它施压单元53的实施例描述中将会被引用。
可以使用各种施压单元，图3到图8说明其它具有不同施压单元实施例的探测器。
图3中描述的探测器包括处于主体70的下水平部分的光电探测器单元80和处于主体70的上水平部分与光电探测器单元80相对的施压单元71的第二实施例。施压单元71的第二实施例包括螺钉72，螺母74和弹性件S1。螺钉72和螺母74与图2中的施压单元53的第一实施例中的螺钉52和螺母54类似。弹性件S1由螺母74和光源单元78之间的弹簧实施的。如图4所示，当待测物62插入主体70后，压力通过光源单元78作用到待测物62预定位置，如靠近手指的肉，弹性件S1提供缓冲功能。散热盘76位于弹性件S1和光源单元78之间。光源单元78包括光源，例如LED，位于从主体的上水平部分朝光电探测器单元80伸出的施压单元71的下方。光源单元78和散热盘76分别与图2中的光源单元58和散热盘56类似。图3中，附图标记d表示突起的光源与光电探测器单元80之间的距离。
图5和6示出的探测器包括与散热盘96的顶表面接触的施压单元的第三实施例，散热盘的底表面与光源单元98接触。施压单元的第三实施例中，光源单元98和光电探测器单元100最好是同轴。根据本发明第三实施例的施压单元包括具有平行于主体90的上水平部分和由主体90的上水平部分向下延伸的垂直部分的结构92。结构92中向下垂直沿伸部分的第一端与散热盘96的顶表面连接，与第一端相反的第二端与结构92的水平部分连接。弹性件S2绕在从主体90上水平部分底部突出的结构92的垂直部分的一部分上，并位于主体90上水平部分的底部和散热盘96之间。
主体90的上水平部分中形成通孔94，结构92的垂直部分插入其中。弹性件S2是内径至少等于通孔94直径的弹簧。弹性件S2的上端接触主体90上水平部分底部的通孔94的边缘，其下端接触散热盘96的顶表面，这样弹性件S2的弹力施加到主体90的上水平部分和散热盘96。结构92的水平部分通过弹性件S2的弹力朝光电探测器单元100移动，从而与主体90上水平部分的顶表面紧密接触。连接在散热盘96底部表面的光源单元98从主体90上水平部分朝光电探测器单元100方向移开。如上所述，在待测物62插入探测器主体90之前，结构92通过弹性件S2与主体92的上水平部分接触。
如图6所示，当待测物62插入探测器主体90时，待测物62的手指甲附近的肉与光源单元98的光源接触，并把光源单元98朝远离光电探测器单元100的方向顶开。结果，弹性件S2被压缩，结构92的垂直部分的上端突出于主体90的上水平部分。弹性件S2的弹力施加到位于光源单元98和光电探测器单元100的光轴上的待测物62，因此待测物62受压。弹性件S2的弹力确保待测物62紧密地与光源单元98的光源和光电探测器单元100接触，从而减少移动噪音和外部噪音的产生。
尽管弹性件S2的压缩力用在图5和6的探测器中，但是弹性件S2的张力可以施加以压缩待测物，例如把弹簧与结构92外部连接起来。
图7和8示出了带有第四实施例的施压单元的探测器，在待测物插入探测器前后，该施压单元利用重量向待测物的测量位置施压。
参考图7和图8，探测器主体110的上水平部分具有通孔114，光源单元118和散热盘116沿着通孔114上下移动。第四实施例的施压单元112通过通孔114连接到散热盘116上。第四实施例的施压单元112是具有垂直部分和水平部分的结构，该垂直部分的第一端连接到散热盘116上，而与第一端相对的第二端垂直延伸到通孔114外至主体110的上水平部分之上；水平部分与垂直部分的第二端连接，水平部分与主体110的上水平部分平行。第四实施例的施压单元112和图5、6中的结构92相似。施压单元112的水平部分作为放置具有预定重量的重量元件122的平台。如图7所示，在重量元件122放置到主体110的上水平部分上之前，光源单元118并不从主体110向光电探测器单元120突起。然而，当待测物62插入探测器主体110的预定位置并且重量元件122置于第四实施例的施压单元112的水平部分时，光源单元118朝着光电探测器单元120与重量元件122的重量成比例地突起。如果光源单元118没有到达待测物62的测量位置，另加的第二重量元件(未示出)置于施压单元112的水平部分上，进一步使光源单元118向光电探测器单元120突起。如果施加到接触光源单元118的光源的待测物62的压力不够，则可以进一步将第三重量元件(未示出)放置在第二重量元件上。最好选用具有适合重量的第三重量元件时，考虑需要给待测物62施加的压力。
现在参考图9到图11说明探针检测的并且在图1的被测光强度显示单元30上显示的光强度。在下面的说明中，假定插入探测器中的待测物是手指。图9到11是采用五种发射不同波长光的光源(如LED)测量的与被测光强度成比例的电压-时间的曲线图。
图9是在手指插入探测器前，与被测光强度成比例的电压-时间的曲线图。图10是在手指插入探测器预定位置之后但压力施加到手指上之前，与被测光强度成比例的电压-时间的曲线图。图11是在压力施加到插入探测器预定位置的手指之后，与被测光强度成比例的电压-时间的曲线图。
图9到图11中，X轴上的时间t1，t3，t5，t7和t9表示五个光源打开状态下等长时间段。而时间t2，t4，t6，t8和t10表示相应的五个光源关闭状态下等长的时间段。附图标记G1，G2，G3，G4和G5表示来自于相应五个光源的发射光强度。
参考图9，在手指插入探测器之前，被测光具有饱和的AC水平，以区域“A”表示。然而，如图10所示，在手指插入探测器之后而未向手指施压之前，被测光的AC水平落至对所用光的所有波长都具有固定水平的基线上。如图11所示，当压力施加到插入探测器中的手指上后，AC水平上升到高于图10所示情况下的水平。结果表明，随着光源单元和光电探测器单元间的距离减小，AC水平接近图9的饱和水平。
比较图10和11的曲线，很显然，当预定量压力施加到插入探测器中的手指上的给定位置并且光源单元和光电探测器单元之间的距离减小时，由手指移动产生的移动噪音和由外部因素(如外部光)产生的外部噪音减少。另外，由于被测光强度包括从手指得到的PPG波信息，图11所示的结果还表明PPG波的AC水平增加，使得被测的PPG波具有较高的信噪比。
现在描述当压力施加到插入探针的手指上时，在不引起受检者疼痛的情况下，使光源单元和光电探测器单元之间的距离最小的过程。
参考图12，步骤130中，手指插入探测器的预定位置。然后，步骤140中，利用探测器的施压单元，将预定量压力慢慢施加到插入的手指的测量位置。在此，手指的最好的测量位置是指甲周围的肉。之所以建议该位置是因为同人体其它位置相比，指甲周围的肉具有最少的骨头和毛细血管。相应地，动脉血可以容易精确地从指甲周围的肉上观察到。步骤140中，为了更精确测量PPG波，给手指甲周围的肉施压是必要的。
步骤150中，向手指施压时，图9到图11中所示的被测光强度通过被测光强度显示单元得到监控，以确定被测光强度是否达到指定水平。步骤150中，如果被测光强度已经达到指定水平，此时光源尽可能地接近光电检测单元而不伤害受检者。步骤160中，停止对手指的施压。可选地，如果被测光强度还没有达到该指定水平，则只要受检者不感到疼痛，就可以增加施加在手指上的压力。
如上所述，考虑到受检者状态和显示于被测光显示单元上的被测光强度，最好使光源单元与光电探测器单元之间的距离最小。
如果在步骤140和150中，检测到由受检者按下信号按钮引起并经探测器传递的施压中止信号，该施压中止信号将优先于所有其它信号得到处理。如果受检者突然中止对手指施加压力，例如，由于受检者感觉疼痛，过程回到初始步骤。步骤160中，被测光强度到达指定水平后，停止对手指施压。步骤170中，读取PPG波形。
通过对图1的被测光强度显示单元30显示的光强度的分析来读取PPG波。所显示的光强度表明由光源单元向插入在光源单元和光电探测器单元间的手指发射的光和手指内部组成部分(如，血管和血液)之间的交互作用得到的光强度变化。光强度包括在入射到手指上的光线和手指内部组成部分之间相互交互的多种不同类型信息。手指血管粗细和血量引起PPG波峰和PPG波谷的变化。由于PPG波是周期性的，变化也是周期性的。相应地，通过手指传输的光的强度也根据手指内部组成部分的状态周期性变化。因此，PPG波形可以通过分析被测光强度而得到。
PPG波通过自动的程序在微处理器20的控制下读取得到并显示在PPG波显示单元40上。
图13到16为在不同情况下测量得到的光学体积描述图。特别地，图13为当手指插入到探测器，而光源单元保持在没有向手指移动的状态时测量得到的第一PPG波形B。图14示出当光源单元向手指甲附近肉移动但没有接触时状态下测量得到的第二PPG波形C。
对比图13和图14，图13的第一PPG波形B中出现了比图14中第二PPG波形C频率更高的噪音。另外，第二PPG波形C中的台肩C1比第一PPG波形B的台肩B1更清楚和更尖锐。
从图13和图14的比较可见，与光源单元保持远离手指相比，当光源单元向手指延伸时可以更准确地读出更大幅值的PPG波形。
图15为当手指插入探测器内，光源单元移动到刚刚接触到手指附近的肉时状态下测量的第三PPG波形D。图16为当预定量压力施加到手指附近的肉，进一步减少光源与光电探测器单元之间距离时的状态下测量的第四PPG波形E。
比较图15和图16，图16的第四PPG波形E中示出比图15的第三PPG波形D中较低频率的噪音。另外，第四PPG波形E中的台肩E1要比第三PPG波形D中的台肩D1更清晰和锐化。
即使光源单元和光电探测器单元之间的距离恒定，不同受检者的PPG波形根据测量位置的厚度和硬度而不同。相应地，如上所述，当测量PPG波形时最好考虑个体差异。如果不考虑这种个体差异，可能会产生由于测量误差引起的噪音。
被测光的AC水平包括待测物(如手指)的厚度和硬度信息。相应地，个体差异可以通过显示在被测光强显示单元30的与光强成比例的AC水平读出。厚而硬的待测物比薄而柔软的待测物被测光的AC水平低。
个体差异可以这样减小：当光源保持在初始位置状态下，测量通过手指传递的光的初始AC水平，然后调整施加至手指的压力大小，以将光强从初始AC水平减少了预定的百分比。另外，预定的百分比应该在不应通过施压弄疼手指和引起动脉血管循环异常的范围内调节。这样，对于每个受检者，根据测量位置的厚度和硬度不同而范围不同。
如上所述，安装在PPG波形测量系统中的根据本发明的探测器包括光源，该光源伸出靠近插入探测器的手指，以允许光准确地发射到指甲附近的肉上而与手指的尺寸、形状无关。相应地，测量误差引起的噪音可以在PPG波被测到之前去除。另外，根据本发明的探测器的光源被推，以挤压受检者的预定测量位置，并尽可能接近光电探测器单元，由此使形成的PPG波中因受检者移动产生的噪音最小。
此外，当使用包括本发明的探测器的PPG波测量系统时，能够增大PPG波的信噪比。相应地，对PPG波的测量更准确，个体测量误差也最小。具有最小噪音的PPG波可以利用施压单元和被测光强度显示单元更容易读取到。当根据本发明的探测器应用于配备有光源用于非侵害性血液成分测量的指型探测器时，用于血液成分分析的理想PPG波形可以使用施压单元得到。与不同手指厚度相应地最佳压力水平可以存储在数据库中，以便精确地对各个手指进行血液成分分析。
上述本发明的典型实施例只是用于解释的目的而不是用于限定本发明的适用范围。相应地，本领域的普通技术人员可以理解虽然上述探测器设计成只对手指周围的肉施用压力，本发明可选的探测器可以具有对插入探测器内的手指的上部分和下部分施压的结构。另外，本发明的另一种可选的探测器可以具有遮盖探测器主体的盖帽，不具有手指插入孔以阻挡外部噪声。本发明的可选的生物信号测量系统可以包括单个显示单元，用于显示光电探测器检测到的光强度和PPG波。因而，本领域的技术人员可以理解，在不脱离如下述权利要求书所述的本发明的思想和范围的前提下，可以进行各种形式和细节上的变化。
Claims (31)
1.一种用于光学体积描记图测量中的探测器，包括：
光源单元，其包括与待测物的预定位置接触并向该预定位置发射光的光源；
光电探测器单元，其面向该光源单元设置，以接收从光源单元发射并通过该待测物传送的光；
主体，其具有用于容纳待测物的空间，在该主体中，该光源单元和该光电探测器单元位于同一光轴上；以及
施压单元，其耦合到主体上用于通过该光源单元向待测物施压。
2.如权利要求1所述的探测器，其中光源单元包括作为光源的发光二极管。
3.如权利要求1所述的探测器，其中光电探测器单元包括用于将光电探测器单元检测到的光转换成电信号的光电转换器。
4.如权利要求1所述的探测器，其中施压单元放置成和光源单元、光电探测器单元在同一光轴上。
5.如权利要求1所述的探测器，其中施压单元包括：
螺母，其连接在该光源单元的上表面，在垂直方向移动；以及
与该螺母耦合的螺钉。
6.如权利要求5所述的探测器，还包括：该螺母和该光源单元之间的散热盘。
7.如权利要求5所述的探测器，还包括：该螺母和该光源单元之间的弹性件。
8.如权利要求7所述的探测器，还包括：该弹性件和该光源单元之间的散热盘。
9.如权利要求1所述的探测器，其中施压单元包括：
具有水平部分和垂直部分的结构，其中，当主体中没有待测物时该水平部分接触主体的上表面，而当待测物插入主体时该水平部分突出于主体的上表面之上，并且其中该结构的垂直部分以垂直的方向与该结构的水平部分连接，并且该垂直部分的一端通过该主体的上水平部分中的通孔连接在光源上；以及
弹性件，其在主体与光源单元之间围绕结构的垂直部分，使得弹力施加在主体和光源单元上。
10.如权利要求9所述的探测器，其中弹性件是内径至少等于通过主体的上水平部分延伸的通孔的直径的弹簧。
11.如权利要求9所述的探测器，还包括该结构的垂直部分和该光源单元之间的散热盘。
12.如权利要求1所述的探测器，其中施压单元包括：
具有足够的重量给待测物施压的结构，该结构具有水平部分和垂直部分，其中该结构的垂直部分以垂直方向与该结构的水平部分连接，并且该垂直部分的一端通过该主体的上水平部分中的通孔连接在该光源单元上。
13.如权利要求12所述的探测器，还包括：
重量元件，其置于该结构的水平部分上，以增加通过光源单元施加给待测物的压力量。
14.如权利要求12所述的探测器，还包括：该结构的垂直部分和该光源单元之间的散热盘。
15.如权利要求13所述的探测器，还包括：该结构的垂直部分和该光源单元之间的散热盘。
16.如权利要求1所述的探测器，还包括：
施压中止按钮，其电连接到该探测器上，以允许受检者或操作者停止由施压单元施压。
17.一种生物信号测定系统，包括：
探测器，其中，光发射到待测物的预定位置上并检测通过该待测物传递的光；
控制器，其控制该探测器的操作以及记录和分析从该探测器输出的信号；
被测光强度显示单元，其显示该探测器检测到的光的强度；和
生物信号显示单元，其连接到被测光强度显示单元，以显示从待测物测量到的生物信号；
其中探测器包括：
光源单元，其包括与待测物预定位置接触并且向该预定位置发光的光源；
光电探测器单元，其面向该光源单元设置用于接收光源单元发射并通过待测物传递的光；
主体，其具有容纳待测物的空间，在该主体中，该光源单元和该光电探测器单元位于同一光轴上；以及
施压单元，其耦合在该主体上用于通过该光源单元向待测物施压。
18.如权利要求17所述的生物信号测定系统，其中施压单元放置成和光源单元、光电探测器单元在同一光轴上。
19.如权利要求17所述的生物信号测定系统，其中施压单元包括：
螺母，其连接在该光源单元上表面，以在垂直方向移动；以及
与该螺母耦合的螺钉。
20.如权利要求19所述的生物信号测定系统，还包括：该螺母和该光源单元之间的散热盘。
21.如权利要求19所述的生物信号测定系统，还包括：该螺母和该光源单元之间的弹性件。
22.如权利要求21所述的生物信号测定系统，还包括：该弹性件和该光源单元之间的散热盘。
23.如权利要求17所述的生物信号测定系统，其中施压单元包括：
具有水平部分和垂直部分的结构，其中，当主体中没有待测物时该水平部分接触主体的上表面，而当待测物插入主体时该水平部分突出于主体的上表面之上，并且其中该结构的垂直部分以垂直的方向与该结构的水平部分连接，并且该垂直部分的一端通过该主体的上水平部分中的通孔连接在光源上；以及
弹性件，其在主体与光源单元之间围绕结构的垂直部分，使得弹力施加在主体和光源单元上。
24.如权利要求23所述的生物信号测定系统，还包括：该结构的垂直部分和该光源单元之间的散热盘。
25.如权利要求17所述的生物信号测定系统，其中施压单元包括：
具有足够的重量给待测物施压的结构，该结构具有水平部分和垂直部分，其中该结构的垂直部分以垂直方向与该结构的水平部分连接，并且该垂直部分的一端通过该主体的上水平部分中的通孔连接在该光源单元上。
26.如权利要求25所述的生物信号测定系统，还包括：
重量元件，其置于该结构的水平部分上，以增加通过光源单元施加给待测物的压力量。
27.如权利要求25所述的生物信号测定系统，还包括：该结构的垂直部分和该光源单元之间的散热盘。
28.如权利要求26所述的生物信号测定系统，还包括：该结构的垂直部分和该光源单元之间的散热盘。
29.如权利要求17所述的生物信号测定系统，其中生物信号显示单元为显示来自于待测物的光学体积描记图波形的光学体积描记图显示单元。
30.如权利要求17所述的生物信号测定系统，其中控制器为微处理器。
31.如权利要求29所述的生物信号测定系统，还包括选自于下面组中的装置：该装置为模拟-数字转换器、可编程逻辑器件或用于记录测得的PPG波的处理器。
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