[发明专利]用于确定生理变化的光电体积描记(PPG)装置及方法

说明书

公开了用于确定生理变化的光电体积描记(PPG)装置(100)，包括：光源，用以发射光信号，所述光信号具有依赖于皮肤特征的可变强度；第一和第二光电检测器(130)，其可操作为检测对所述光信号的反射，以提供组合的电流信号；以及信号处理电路，其可操作以将所述电流信号转换为PPG信号，用于确定所述生理变化。

技术领域

本发明涉及用于确定生理变化的光电体积描记(PPG)装置及方法。

背景技术

光电体积描记(photoplethysmography，PPG)是指利用光来获取体积描记图(plethysmogram)，该体积描记图是器官的体积测量。PPG是一种检测组织的微血管床中的血量变化的简单且低成本的技术。虽然PPG由于其实施方便且成本低廉而被广泛地应用于医疗领域，但是利用已知的PPG技术所获取的测量结果通常精度较低，这是因为PPG技术无法有效地处理诸如用户皮肤色调/颜色、用户运动、环境光和环境温度等因素。为了减少这些因素的影响，现有的硬件通常采用涉及复杂电路的复杂设计。

需要提供用于确定生理变化的光电体积描记(PPG)装置和方法，以解决现有技术中的至少一个缺点和/或用以为公众提供有用的选择。

发明内容

根据一个方面，提供有用于确定生理变化的光电体积描记(PPG)装置，包括：光源，其可操作以发射光信号，所述光信号具有依赖于皮肤特征的可变强度；第一和第二光电检测器，其可操作为检测对所述光信号的反射，以提供组合的电流信号；以及信号处理电路，其可操作以将所述电流信号转换为PPG信号，用于确定所述生理变化。

所描述的实施例是特别有益的。由于光信号的强度依赖于皮肤特征，因此可以对光信号进行调节，以节约电力或改善所产生的PPG信号的信噪比。此外，通过利用单个光源，可以获得更小的形状因数。与现有的需要多个光源的系统相比，利用单个光源，由光发射所产生的热和功耗更低。此外，该装置可以实现更小的占用空间(footprint)，而不影响所期望的光发射率。

所述光信号的强度范围可以为1900MCD至3000MCD。优选地，所述光源由1mA至20mA范围内的驱动电流来驱动，以提供光信号。所述皮肤特征可以是皮肤颜色(例如取决于色素沉着或纹身色料)。对于较深的皮肤颜色，可以通过增加驱动电流来获得更高的光强度，从而改善所产生的PPG信号的信噪比。例如，对于较深的皮肤颜色，该装置可以被配置为使得驱动电流在13mA至20mA的范围内变化来提供光源。对于较浅的皮肤颜色，可以通过减小驱动电流来获得更低的光强度，从而节约电力并且降低因皮肤对光的较高敏感性所导致的皮肤损伤的风险。所述皮肤特征也可以是，例如，皮肤深度和皮肤纹理。皮肤深度可能与毛发相对于皮肤的分布有关。皮肤纹理可能与因年龄和性别所导致的弹性蛋白的变化有关。PPG技术允许一定的光穿透至一定的皮肤深度。存在这种技术的两种变体。在一种变体(透射)中，检测穿过感兴趣的身体部分(例如手指)的光。在另一种变体(反射)中，检测被感兴趣的身体部分(例如，手腕)反射的光。

该装置还可以包括与所述光源相关联的低信号晶体管。例如，低信号晶体管形成提供该驱动电流的驱动电路的一部分或者与该驱动电路相关联。所述低信号晶体管用于高分辨率的电流。

优选地，所述光源可操作为在ON(接通)和OFF(关断)状态之间交替变化，以发射所述光信号。处于OFF状态的光源消耗很少电力或不消耗电力。此外，为了根据皮肤特征来调整光强度，可以使用可变驱动电流来驱动所述光源，如上面所描述的。

所述信号处理电路可以被配置为提供0.6Hz至8Hz的通带，用于对与所述电流信号有关的电压信号进行滤波，以提供所述PPG信号。这种特定的通带对应于表示与PPG状态特别相关的信息的一部分电流信号。