TR201613901A2 - Çok dalga boylu ppg tabanlı zaman farkı değişkenlik sensörü. - Google Patents

Abstract

Buluş, deri üstünden, farklı dalga boylarında, eş zamanlı PPG işaretleri arasındaki zaman farklarını kişilerin o anki fizyolojik ve biyolojik durumlarıyla ilişkilendirilmesini ve analizini hedefleyen, PPG işaretlerinin üç farklı çift halinde seçilmesine olanak tanıyan sensör sistemi (100) ile ilgilidir. Buluş özellikle, gürültü ve karmaşık filtreleme işlemlerine ihtiyaç duymayan, sinyaller arasında hiçbir gecikmeye neden olmadan PPG sinyallerinin senkronizasyonunu sağlayabilen sensör sistemi (100) ile ilgilidir.

Description

TARIFNAME ÇOK DALGA BOYLU PPG TABANLI ZAMAN FARKI DEGISKENLIK SENSÖRÜ Bulusun ilgili oldugu teknik alan: Bulus, deri üstünden, farkli dalga boylarinda, es zamanli PPG isaretleri arasindaki zaman farklarini kisilerin o anki fizyolojik. ve biyolojik durumlariyla iliskilendirilmesini ve analizini hedefleyen, PPG isaretlerinin üç farkli çift halinde seçilmesine olanak taniyan sensör sistemi ile ilgilidir.

Bulus özellikle, gürültü ve karmasik filtreleme islemlerine ihtiyaç duymayan, PPG sinyalleri arasinda hiçbir gecikmeye neden olmadan senkronizasyonlarini saglayabilen sensör sistemi ile Teknigin bilinen durumu: PPG, vücudun cilde yakin bir test bölgesinde akan kanin hacmi hakkinda bilgi veren non-invaziv, elektro-optik bir metottur.

Bir fotopletismografi isareti, Vücudun ilgili bölgesini aydinlatan ve sonrasinda bu bölgeden yansiyan ya da geçen isik ile elde edilmektedir.

Geleneksel PPG, deri yüzeyinden optik sensörlerle algilanan dokunun mikrovasküler yatak içindeki kan hacim degisikliklerinin ölçümü için kullanilan bir isaret algilama teknigidir. PPG sinyali kan damarlari ile isigin etkilesiminden dogar. Saçilma, emilim, yansima, iletim ve floresan gibi bazi optik süreçler PPG tekniginin karakteristiklerindendir.

Genellikle PPG isaretinin uygulamalarda kullanilan özellikleri; Tek dalga boylu PPG isaretinin zaman ve frekans bölgesi Özellikleri.

PPG dalgasinin sekline göre özellikleri (egri dönüm noktalari ve Iki veya daha fazla farkli dalga boylu PPG isaretlerinin genlikler orani(kandaki çözünmüs gazlarin ölçümü için), olarak siralanabilmektedir.

Bu özelliklere dayali PPG sinyalleri genelde darbe oksimetre gibi genlik tabanli tibbi cihazlar tarafindan kaydedilmektedir.

Yapilan arastirmalar, PPG isaretlerinde çok miktarda bilgi tasidigini ortaya çikarmistir. PPG dalgasi, kan oksijen içerigi, kardiyovasküler aktivite ve solunum desenleri gibi faktörlerle ilgili bilgiler içermektedir.

PPG dalga sekli matematiksel metotlarla incelenebilecek bir yapiya sahip oldugundan dolayi bu isaretten bilgi çikarma islemleri sayisal isaret isleme yöntemleri kullanilarak yapilabilmektedir. PPG isareti ile EKG, nabiz sayisi, kalp atim sayisi, kalp hizi degiskenligi ve solunum sayisi gibi baska biyolojik parametreler arasinda önemli iliskiler bulunmaktadir.

Bu isaretler tibbi ve mühendislik alanlarinda hastaliklarin teshis edilmesi, uygulanan tedavi yöntemlerinin basarimlarinin izlenmesi, uyku bozukluklarinin incelenmesi ve kan analizi gibi uygulamalarda önemli rol oynamaktadir.

Teknigin bilinen durumu hakkinda yapilan ön arastirma sonucunda konu edilen bulusun özet kisminda “Bulus, bir hastanin dokusuna isik yaymak için bir isik yayiciya ve/Veya doku ile etkilesimden sonra. yayilan isigin. bir kismini algilamaya yönelik. bir isik dedektörüne sahip bir isik birimi içeren, fotopletismografi ölçümüne yönelik bir optik sensöre iliskindir; burada isik birimi bir elastiki malzemenin içine gömülmüstür. Bulus ayrica, bir hastanin solunumunun temassiz izlenmesine yönelik, asagidakileri içeren bir cihaza iliskindir: hastanin gögsüne iliskin zamansal mesafe degisimlerini ardisik olarak algilamaya yönelik, tercihen elektromanyetik dalgalara dayanan bir mesafe sensörü; ve algilanan zamansal mesafe degisimlerine dayanarak, nefes alma aktivitesinin belirlenmesine yönelik bir hesaplama birimi.” bilgileri yer almaktadir.

Teknigin bilinen durumu hakkinda yapilan ön arastirma sonucunda konu edilen bulusta, anahtarlama yöntemini ve farkli PPG isaretlerinin genlikler oranini kullanarak kanda çözülmüs olan oksijen miktarinin ölçümü hazirlanan bir devreden bahsedilmektedir. Bu devrede anahtarlama gürültüsü ve bu gürültü nedeniyle ortaya çikan zaman gecikmesine dair bir önlem bulunmamaktadir.

Teknigin bilinen durumu hakkinda yapilan ön arastirma sonucunda konu edilen bulusta, bir kamerayi kullanarak PPG isaretlerinin temassiz sekilde algilanmasi amaçlanmistir. Burada farkli PPG isaretlerinin elde edilmesi için çesitli filtreler kullanilmistir. Bu yöntemde de anahtarlama islemi kullanilmaktadir ancak bu islem alici (kamera) tarafindan yapilmaktadir. Bulusta, anahtarlama ve süzgeçleme islemi nedeniyle ortaya çikan zaman gecikmesine dair bir önlem bulunmamaktadir.

Teknigin bilinen durumunda kullanilan iki veya daha fazla dalga boyunda isik yayabilen çift (çoklu) dalga boylu PPG cihazlarinda (özellikle pals oksimetrelerde) genis spektral tepkiye sahip tek bir foto detektör (görünür isik bölgesinde ve kizilötesi isikta) dalga boylarinin tamamini bulmak için kullanilmaktadir. Bu yöntemde farkli isik kaynaklari ayni anda isik yaymamakta ve bunun yerine isik bir dizi halinde sira ile sürülmektedir. Bu islem yapilirken bir isik kaynagindan digerine geçiste çakismayi önlemek amaciyla karanlik bosluklar (yani hiç bir isik kaynagi isik yaymaz) koyulmaktadir. Bu sayede, farkli dalga böylarina ait farkli PPG isaretleri belli zaman bölümlerine paylastirilmakta ve bu zaman bölümlerinde genlikleri yakalanmaktadir.

Bu yöntemin dezavantaji, isik kaynaklarinin (LED'ler) ölçüm esnasinda. belli bir örnekleme frekansindaki (örnegin, 1 kHz) darbeler tarafindan sürülmesidir. Bu yüzden kirmizi ve kizilötesi sinyaller eszamanli olarak ölçülememektedirler.

Genellikle, gerçek uygulamalarda örnekleme hizi 1 kHz'den daha düsük, olmakta Ve bu durum hatanin daha da artmasina neden olmaktadir. Bu nedenle, zaman bölmeli çogullama (TDM) yöntemi PPG sinyalinin senkronizasyonunun önemli oldugu uygulamalarda (örnegin zaman farki analizlerinde) ciddi problemlere neden olabilmektedir. Ayrica, bu yöntemde büyük bir anahtarlama gürültüsü de olusmaktadir.

Sonuç olarak yukarida anlatilan olumsuzluklardan dolayi ve mevcut Çözümlerin konu hakkindaki yetersizligi nedeniyle biyolojik ve fizyolojik isaretlerin küçük, güvenilir, düsük maliyetli, basit kullanimli ve invaziv olmayan tekniklerle elde edilebilmesinin sagladigi avantajdan. dolayi fotopletismografi tekniginin daha fazla incelenmesi ve gelismesi ile ilgili teknik alanda bir gelistirme yapilmasi gerekli kilinmistir.

Bulusun amaci: Bulusun en önemli amaci, çift dalga boylu PPG isaretlerinin zaman farkli analizlerine imkân saglamasidir.Bu sayede farkli dalga boylarina sahip PPG isaretlerinin üç farkli çift halinde seçilmesine olanak tanimaktadir.

Bulusun diger önemli bir amaci, modülasyon ve anahtarlamadan kaynaklanan hatalar` giderilmesini, düsük gürültü ve karmasik filtreleme islemlerine ihtiyaç duyulmamasini saglamasidir.

Bulusun bir baska amaci da sinyaller arasinda gecikmeye neden olmadan PPG sinyallerinin senkronizasyonunu saglamasidir.

Bulusun amaçlarindan bir digeri ise, farkli PPG sinyallerini es zamanli olarak elde edebilmesi ve zaman farki özelliklerini belirleyebilmesidir.

Bulusun bir diger amaci, PPG sinyalinin, genligi ve isik yogunlugunun çesitlerinden bagimsiz olmasidir.

Bulusun yapisal ve karakteristik özellikleri ve tüm avantajlari asagida verilen sekiller ve bu sekillere atif yapilmak suretiyle yazilan detayli açiklama sayesinde daha net olarak anlasilacaktir. Bu nedenle degerlendirmenin de bu sekiller ve detayli açiklama göz önüne alinarak yapilmasi gerekmektedir.

Sekillerin açiklamasi: SEKIL -1: Bulus konusu sensör sisteminin akis semasini veren çizimdir.

SEKIL -2; Bulus konusu sensör sisteminin genel görüntüsünü veren çizimdir.

Referans numaralari: 100. Sensör Sistemi 110. Isik Kaynagi 120. Dalga Boyu Seçim Modülü 130. Akim Kontrol Modülü 140. Fotodiyot 150. Dönüstürücü 160. Kablosuz Iletim Modülü 170. Bilgisayar 180. Monitör 200. Parmak Bulusun açDklamasjz Bulus konusu, sensör sistemi (100) bilgisayara (170) baglanabilen, çift dalga boylu PPG sinyal kaydedicisi olarak kullanElmaktadDr. Bu sensör sisteminde (100), Dsjk kaynagE (110) yani verici ve fotodiyot (140) yani alEcI yeni bir düzende halka seklindeki bir tutucu üzerinde yer almaktadEr. AyrEca bu tasarUmda, iki ayru çJkUsa sahip özel bir fotodiyot (140), zaman çogullama islemi ve bunun zorluklarHndan (örnekleme ve modülasyondan kaynaklanan zaman gecikmesi) kaçHnmak için sadece tek çükjsü olan fotodiyot (140) yerine kullanülmaktadEr.

Bulus konusu sensör sisteminin (100) çalüsma prensibi sürasüyla su sekilde sjralanmaktadür. üretmektedir. Üretilen ((S.klardan karsllastlrHlacak olan iki farklH dalga boyu, dalga boyu seçim modülü (120) ile seçilmektedir. Seçilen ve karsjlastjrma yapjlacak iki dalga boyuna sahip Esügjn akjm miktarE, akEm kontrol modülü (130) ile ayarlanmaktadEr. Ayarlanan akjm, üzerinde ölçüm yapjlacak canlüya akEmDn iletilmektedir. Burada genellikle canlDnEn parmagl (200) kullanHlmaktadlr. CanlH üzerinden geçen iki farkh dalgar boyunar sahip Tsîk, yogunlugunar baglT olarakr fotodiyot (140) tarafündan elektriksel bir sinyale dönüstürülmektedir.

Fotodiyot (140) üzerine düsen DsEgÜn akÜm degeri, dönüstürücü (150) ile gerilime dönüstürülmektedir. Burada EsEgDn yogunluguna baglü olarak dönüsüm islemi yapElmaktadDr. Dönüstürücüden (150) sinyaller analog sinyal olarak gelmektedir. Gelen analog sinyaller kablosuz iletim modülü (160) ile dijital sinyallere dönüstürülmektedir. Dönüstürülen bu dijital sinyaller yine kablosuz iletim modülü (160) ile kablosuz olarak bilgisayara (170) iletilmektedir. Kablosuz iletim inodülünden (160) gelen dijital veriler bilgisayar (170) tarafündan alEnmaktadDr- Bu veriler filtrelenmekte, islenmekte ve elde edilen iki sinyal arasHndaki faz fark) bulunmaktadlr. Son olarak, elde edilen faz farkü bilgileri, kullanEcEya monitör (180) yardjmü ile gösterilmektedir.

Bulus konusu sensör sisteminde (100), fotodiyot (140) ve DsEk kaynagL (110) üzerindeki yeni bir düzenleme ile bir bilgisayara (170) baglanabilen, kablosuz iletim modülü (160) ile verileri iletebilen, birden fazla dalga boyu çiftlerinin dalga boyu seçim modülü (120) ile seçilebildigi PPG sinyal kayDt islemini gerçeklestirmektedir. IsEk kaynagj (110) ve fotodiyotun (140) açlsal konumu, en genis PPG sinyallerini elde etmek ve çjkjs büyüklügünü iyilestirmek için 900 olararak ayarlanmaktadlr.

Teknigin bilinen durumunda kullanilan TDM yöntemi, görünür Hslk ve kDzElötesi Esük için bir tek ÇEkDslE ve genis bir spektruma sahip bir aljoü kullanmaktadEr. Buna karsün bulus konusu sensör sisteminde (100) kullanülan fotodiyot (140), görünür ve kEzElötesi Esük için iki ayrD analog çEkjsa sahiptir. Bu iki aer analog çUkJs zaman gecikmesini ve anahtarlama gürültüsünü önlemektedir. Böylelikle teknigin bilinen durumunda kullanHlan TDM yönteminde karsülasElan zaman gecikmesi ve anahtarlama gürültüsü gibi problemler önlenmektedir.

Bulus konusu sensör sisteminde (100), iki bilesenli ortak katotlu, iki ayrj eszaman1EÂ analog' çDkEsa› sahip (görünür ve kEzElötesi bölgede) fotodiyot (140) alEcJ olarak kullanllmaktadHr. Islk kaynag (110) ve fotodiyotun (140) her ikisi de halka seklindeki bir tutucu üzerinde yer almaktadEr. ÇEkEsDndan kürmjzü ve küzElötesi PPG sinyallerini ayrj ayrE veren fotodiyottan (140) veriler aljnmakta ve bilgisayar (170) yardDmE ile PPG sinyalleri islenmektedir.

AyrEca, zaman fark: özelliklerinin çjkarülmasü ve elde edilen PPG sinyalleri arasJnda zaman domenindeki farlilUklarUnL ölçmek için de bilgisayar (170) kullanllmaktadHr.

Bulusun konusu sensör sisteminden (100) elde edilen PPG sinyalinin, genligi ve Dsjk yogunlugu çesitlerinden bagJmsjzdEr.

Bu sayede uyar: Dsjgjnün saçjlmasj ve zayjflamasjnün ve Isük yolundaki degisikliklerden kaynaklj problemlerin önüne geçilmektedir. AyrEca teknigin bilinen durumunda kullanülan PPG uygulamalarlnda var olan kayma veya vericiye olan duyarlHlßktan kaynaklj dezavantajlarjn da önüne geçilmektedir. 8.331 J 98)' ””11” 170 .53' 100 4-2 1" *ÜN

Claims (2)

1. ISTEMLER .Bulus, kisilerin o anki fizyolojik ve biyolojik durumlariyla iliskilendirilmesini ve analizini hedefleyen sensör sistemi (100) olup, özelligi; 0 Farkli dalga boylarina sahip isiklarin üretilmesini saglayan isik kaynagi (110) o Karsilastirilacak iki farkli dalga boyunu seçme islemini gerçeklestiren dalga boyu seçim modülü (120) o Karsilastirma yapilacak iki dalga boyuna sahip isigin üzerinden geçen akim miktarini ayarlayan akim kontrol o Parmaktan (200) geçen iki farkli dalga boyuna sahip isigin, yogunluguna bagli olarak, elektriksel bir sinyale dönüstürülmesini saglayan fotodiyot (140) - Fotodiyot (140) üzerine düsen isikr yogunlugunar bagli olarak üzerinden geçen akim degerini gerilime dönüstüren dönüstürücü (150) o Dönüstürücüden (150) gelen analog' sinyalleri dijital verilere çeviren ve bu verileri kablosuz olarak bilgisayara (170) ileten kablosuz iletim modülü (160) 0 Kablosuz iletim modülünden (160) gelen dijital verilerin alinmasini saglayan, bu verilerin filtrelenmesini, islenmesini ve elde edilen iki sinyal arasindaki faz farkinin bulunmasini saglayan bilgisayar (170) o Elde edilen faz farki bilgilerinin kullaniciya tarafindan görüntülenmesini saglayan monitör (180) içermesi ile karakterize edilmesidir.
2. 2. Bulus, kisilerin o anki fizyolojik ve biyolojik durumlariyla iliskilendirilmesini ve analizini hedefleyen, sensör sistemi (100) olup, özelligi; - Isik kaynaginin (110) farkli dalga. boylarina. sahip isiklari üretmesi, 0 Karsilastirilacak iki farkli dalga boyunun dalga boyu - Seçilen ve karsilastirma yapilacak iki dalga boyuna sahip isigin, akim kontrol modülü (130) ile akim miktarinin ayarlanmasi, o Üzerinde ölçüm yapilacak canliya akimin iletilmesi, 0 Canli üzerinden geçen iki farkli dalga boyuna sahip isigin, yogunluguna bagli olarak fotodiyot (140) ile elektriksel bir sinyale dönüstürülmesi, o Fotodiyot (140) üzerine düsen isigin yogunluguna bagli olarak akim degerinin dönüstürücü (150) ile gerilime dönüstürülmesi, o Dönüstürücüden (150) gelen analog sinyallerin dijital sinyallere çevrilmesi, 0 Dijital sinyallerin kablosuz iletim modülü (160) ile kablosuz olarak bilgisayara (170) iletilmesi, 0 Kablosuz iletim modülünden (160) gelen dijital verilerin bilgisayar (170) tarafindan alinmasini, 0 Bilgisayar (170) ile alinan verilerin filtrelenmesi, islenmesi ve elde edilen iki sinyal arasindaki faz farkinin bulunmasi, - Elde edilen faz farki bilgilerinin kullaniciya monitör (180) yardimi ile gösterilmesi, islem basamaklarini içermesidir.