CN209733964U - 一种基于光电容积描记技术的双路生理信号采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型设计一种基于光电容积标记技术的双路生理信号采集装置，属于生理信息采集领域。其中包括：PPG光电传感器、约束绑带、固定在绑带一端的带扣和数据传输线，所述约束绑带共有两组，实现在同一根手指采集双路PPG生理信号，每组绑带由固定层、内衬层和粘贴层组成。该装置结构简单、使用方便，可以利用数据线的USB Type‑C插口与智能可穿戴设备连接。在绑带组内侧覆有内衬层，在采集PPG信号时不会对手指产生不适感，适合实时连续采集。

Description

一种基于光电容积描记技术的双路生理信号采集装置

技术领域

本实用新型涉及生理信息采集领域，具体涉及一种基于光电容积描记技术的双路生理信号采集装置。

背景技术

近年来，随着科技和社会文明的飞速发展，人们对自己的生理健康及心理健康越来越重视，反应生理健康的诸如血压、血氧、心率等生理参数通常要在医疗中心由医护人员操作专门的医疗器械进行测量。可穿戴设备的快速崛起，各种检测仪器向着智能、简便的方向发展。作用在同一根手指上的双路PPG信号采集装置，符合可穿戴设备的简洁性要求。使用者可以在任何场合下只要进行相对简单的操作，就可以对自己进行生理参数的采集，方便快捷，可以有效的避免“白大衣效应”。

手指的动脉成分含量较高，透射光透过手指后检测到的光强相对较大，但将光电传感器夹在测试者的手指指端的方法并不适用于双路信号的采集，并且会对测试者的日常行动产生影响，无法做到生理信号的动态采集。本次设计的双路PPG信号采集装置具有两个相同的传感器模块，分别固定在同一根手指的第二指节和第三指节上，对日常的生理活动影响较小。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对已有技术的不足，提供了一种基于光电容积描记技术的双路生理信号采集装置。不同于指端夹持式的单一信号采集，可以进行对同一动脉的双路PPG信号实时对比，获得更精确的生理信息。

为达到上述目的，本实用新型的构思是：

本实用新型基于光电容积描记技术的双路生理信号采集装置，包括光电传感器、约束绑带、固定在绑带一端的带扣和数据传输线，所述约束绑带共有两组，每组绑带由固定带、内衬层和粘贴层组成；

所述光电传感器包括绿色发光二极管（570nm）和灵敏度光电接收器，体积小，适合于可穿戴式智能设备的PPG信号采集。光电容积标记法可以用于生理参数的采集，根据Beer-Lambert Law ，可以因经过人体血液和组织吸收后的反射光强度的不同，描记出血管容积在心动周期内的变化。光电容积标记法又可分为反射式和透射式，反射式传感器光源与接收器部分置于检测物体的同一侧，透射式传感器光源与接收器分别置于检测对象的对立侧。由于光源透过手指后检测到的光强相对较大，本装置将传感器布置为透射式，经绑带缠绕手指后传感器光源与光电接收器分布在手指的对立面。

所述固定绑带的固定层带设置光电传感器，装置有两路相同的绑带组，绑带由固定带、内衬和粘贴层组成。固定带起到约束作用；外端粘贴层采用魔术贴材料贴合进行周向固定；内衬层采用硅橡胶薄膜材料与手指皮肤接触，硅橡胶薄膜具有较好的透气性，且增大了装置与手指之间的摩擦，不会因手指的屈伸或较小的外力作用下产生轴向移动，且材料相对柔软，能在装置采集信息的同时不会降低手指的舒适度，并且在装置固定好之后不会产生太强的紧缚感。由于本设计是基于光电容积效应来采集脉搏波生理信号，外部的自然光干扰和两个光电传感器之间光源的干扰会影响到所采集的脉搏波信号的准确度。为了避免这种情况的发生，所设计的固定带面料采用不透光的材料，可以有效地防止外界光源对装置内部光电传感器光敏原件的干扰；两路绑带组放置光电传感器部位用弹性面料带连接，弹性面料带会对手指进行包覆，可以有效消除两路光电传感器之间的互相干涉，从而保证信号采集精度。利用弹性面料带进行两路固定带组的连接，还可以防止因手指日常的屈伸而引起的两路光电传感器之间距离的变化。方便脉搏波传导时间（PTT）或脉搏波传导速度（PWV）的计算。脉搏波传导速度PWV与光电传感器距离的关系式为：

PWV = L / PTT

式中， L为两路光电传感器的距离。

所述的连接固定带的带扣设计成“日”字型，在对手指进行固定绑缚的时候可以起到调节长度的作用，集定位绑带及调节功能于一体，实用感强；材料采用金属材质，具有较高的疲劳强度；为实现绑带对手指进行绑缚时带扣能够与手指具有良好的贴合度，带扣特意设计具有微小的弯曲，弧度与手指相同，减小装置与手指固定时带扣对手指产生的压迫感，提升舒适度，同时防止装置与手指之间产生间隙。

所述的两路光电传感器的数据传输接口形式设计为USB Type-C 接口。USB Type-C 接口是一种新型的接口，外形小且薄，支持正反插，并具有高达10Gbps的传输速率以及100W的输出功率，适合于高端智能产品的需求。将数据传输接口设计成USB Type-C 接口适应于目前可穿戴设备等智能产品的发展趋势，便于装置与上位机及手机等智能终端产品的连接。

根据上述实用新型构思，本实用新型采用一下技术方案：

一种基于光电容积描记技术的双路生理信号采集装置，包括固定绑带和光电传感器，其特征在于：有两路相同的绑带组，每路所属绑带组各包括一条固定绑带和光电传感器，光电传感器安置在固定绑带的内侧单面上，光电传感器连接一根USB Type-C接口形式的数据线，该数据线的USB Type-C接口可连接穿戴式智能设备或智能手机。

所述固定绑带包括内衬、固定带、固定带扣和魔术贴。内衬贴在固定带的内侧面上，内衬与固定带之间安置光电传感器；固定带的一端连接带扣，另一端外侧面贴有魔术贴。

所述光电传感器所发射的入射光透过人体手指，根据公式朗伯比尔定律，物质在一定波长处的吸光度与它的浓度成正比，经过人体血液和组织吸收后的反射光强度，描记出血管容积在心动周期内的变化，光接收器接收到部分透过手指组织的光脉冲信号，进而得到为脉搏波信号，即光电容积PPG信号。

所述两个相同的光电传感器放置于同一手指的不同位置，相隔给定的距离，测得同一动脉的两路PPG信号，通过信号的比较可得出脉搏波传递时间PTT，进行心率、血氧、血压等生理参数的计算，对人体进行无创检测; 在采集PPG信号时，由于绿色光源的适应性较广，光源采用波长为50nm的绿色光源。

所述两路绑带组的固定绑带之间通过一条弹性面料带平行连接。在手指屈伸时防止两光电传感器之间距离的变化；弹性面料带采用不透光材料，防止外界光对光电传感器光敏原件的干扰以及两光电传感器之间的互相干涉，保证信号采集精度。

所述带扣设计成“日”字型，所述固定带与带扣连接，另一端经折绕手指穿过带扣通过魔术贴贴合固定，带扣侧面具有一定的弧度，与手指表面弧度相符，可紧密贴合，避免产生间隙，提升舒适度。

本实用新型与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著的技术进步：

本实用新型具有两路相同的绑带组，有两个相同的光电传感器分别固定在一根手指的第一直接和第三指节，对日常的生理活动影响相对较小，双路同时采集的PPG脉搏波进行实时对比，可获得更为精准的胜利信息。

附图说明

图1 是本实用新型的结构示意图。

图2 是本实用新型的背面结构示意图。

图3 是图1所示的带扣结构示意图。

具体实施方式

为使本装置的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合优选实施例和附图，对本装置作进一步的详细说明，本装置的示意性实施方式及其说明仅用于解释本装置，并不作为对本装置的限定。

实施例一：

参见图1，基于光电容积描记技术的双路生理信号采集装置，有两路相同的绑带组，每路所属绑带组各包括一条固定绑带1和光电传感器3，光电传感器3安置在固定绑带1的内侧单面上，光电传感器3连接一根USB Type-C接口形式的数据线7，该数据线7的USBType-C接口可连接穿戴式智能设备或智能手机。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

参见图1-图3，所述固定绑带1包括内衬2、固定带4、固定带扣6和魔术贴8。内衬2贴在固定带4的内侧面上，内衬2与固定带4之间安置光电传感器3；固定带4的一端连接带扣6，另一端外侧面贴有魔术贴8。

所述光电传感器3所发射的入射光透过人体手指，经过人体血液和组织吸收后的反射光强度，描记出血管容积在心动周期内的变化，光接收器接收到部分透过手指组织的光脉冲信号，进而得到为脉搏波信号。

所述两个相同的光电传感器3放置于同一手指的不同位置，相隔给定的距离，测得同一动脉的两路PPG信号，通过信号的比较可得出脉搏波传递时间PTT，进行心率、血氧、血压等生理参数的计算，对人体进行无创检测; 在采集PPG信号时，由于绿色光源的适应性较广，光源采用波长为 QUOTE 50nm的绿色光源。

所述两路绑带组的固定绑带1之间通过一条弹性面料带5平行连接。在手指屈伸时防止两光电传感器3之间距离的变化；弹性面料带5采用不透光材料，防止外界光对光电传感器3光敏原件的干扰以及两光电传感器3之间的互相干涉，保证信号采集精度。

所述带扣6设计成“日”字型，所述固定带4与带扣6连接，另一端经折绕手指穿过带扣6通过魔术贴贴合固定，带扣6侧面具有一定的弧度，与手指表面弧度相符，可紧密贴合，避免产生间隙，提升舒适度。

实施例三：

如图1所示，本实施例提供一种基于光电容积描记技术的双路生理信号采集装置，装置包括两路固定绑带1、收集生理信息的光电传感器3、设置在固定绑带一端的固定带扣6、绑带末端的固定魔术贴8、USB Type-C接口形式的数据线7。所述的固定绑带由内至外依次为固定带4、内衬层2、贴合魔术贴8，内衬2、魔术贴8均与固定带4连接。所述固定带扣6为“日”字型，用于定位和调节。

所述固定带4上设置有生理信号采集光电传感器3，利用光电容积效应传递PPG信号，通过USB Type-C 接口的数据线7可与可穿戴设备或手机等智能设备连接获得实时连续的生理信息。

本设计的双路生理信号采集装置作用在同一根手指上。两路相同的绑带组分别缠绕在第一指节和第三指节上，将绑带的内衬2作用于手指，将绑带缠绕手指一周后，绑带穿过带扣6后反折，施加适当的力调节使内衬2更好地与手指表面接触防止出现绑带过紧产生不适感或者过松产生间隙影响信号精度的情况；调节好绑带长度后将绑带外侧的魔术贴8进行贴合完成周向固定；将两路绑带组分别固定在同一根手指的第一指节和第三指节后，适当调节位置使连接两路绑带组的弹性面料带5呈自然状态确定具体的距离；将拥有USBType-C接口的数据线7***可穿戴设备或手机等智能产品即可实现双路PPG生理信号的采集。

Claims (4)

1.一种基于光电容积描记技术的双路生理信号采集装置，包括固定绑带（1）和光电传感器（3），其特征在于：有两路相同的绑带组，每路所属绑带组各包括一条固定绑带（1）和光电传感器（3），光电传感器（3）安置在固定绑带（1）的内侧单面上，光电传感器（3）连接一根USB Type-C接口形式的数据线（7），该数据线（7）的USB Type-C接口可连接穿戴式智能设备或智能手机。

2.根据权利要求1所述的基于光电容积描记技术的双路生理信号采集装置，其特征在于：所述固定绑带（1）包括内衬（2）、固定带（4）、固定带扣（6）和魔术贴（8）;内衬（2）贴在固定带（4）的内侧面上，内衬（2）与固定带（4）之间安置光电传感器（3）；固定带（4）的一端连接固定带扣（6），另一端外侧面贴有魔术贴（8）。

3.根据权利要求2所述的基于光电容积描记技术的双路生理信号采集装置，其特征在于：所述两路绑带组的固定绑带（1）之间通过一条弹性面料带（5）平行连接；在手指屈伸时防止两光电传感器（3）之间距离的变化；弹性面料带（5）采用不透光材料，防止外界光对光电传感器（3）光敏原件的干扰以及两光电传感器（3）之间的互相干涉，保证信号采集精度。

4.根据权利要求1所述的基于光电容积描记技术的双路生理信号采集装置，其特征在于：所述光电传感器（3）所发射的入射光透过人体手指，根据公式朗伯比尔定律：A=lg(1/T)=Kbc ，经过人体血液和组织吸收后的反射光强度，描记出血管容积在心动周期内的变化；式中K为摩尔吸收系数，它与吸收物质的性质及入射光的波长λ有关，c为吸光物质的浓度，b为吸收层厚度；根据所述公式，物质在一定波长处的吸光度与它的浓度成正比；光接收器接收到部分透过手指组织的光脉冲信号，进而得到为脉搏波信号，即光电容积PPG信号。