[发明专利]一种LED驱动人体信号采集方法

说明书

技术领域

本发明涉及医疗检测领域，特别涉及一种LED驱动人体信号采集方法。

背景技术

近红外组织血氧参数无损检测技术(near infrared spectroscopy，NIRS)是近20年来逐渐兴起的一项生理参数检测技术，其核心检测指标是组织氧饱和度(tissue oxygen index，TOI)和组织血红蛋白浓度指数(tissue hemoglobin index，THI)。近红外组织血氧参数无损监测仪(以下简称血氧仪)基于NIRS技术，将三种不同波长的光通过恒流矩形波的发光的方式入射到被测组织中，通过光电二极管测量出射光的强度，然后经过电流电压(IV)转化电路、信号放大电路、AD采样和信号处理获得组织对光的吸收作用，再经过一系列解算过程，最终得到被测组织氧饱和度和血红蛋白浓度指数。

目前，现有技术中存在一种血氧仪，其采用不同波长定频率矩形波恒流发光，不同波长LED交替发光，并且光电二极管接收信号同步采样的方案。该血氧仪包括4个通道含12个LED和8个pin管，LED恒流驱动频率为500hz，单一个pin管输入信号125hz，该种血氧仪采用亮电平与暗电平都采样来消除暗电流干扰，采样率为2.5khz，系统的采样率为20khz，光电二极管连接线缆采用带屏蔽的双绞线传输，前置放大器有足够高的共模抑制比，且采用差分放大的方式。

如图1所示，图1为光检测器的脉冲响应示意图，由于在探测较深的组织的血氧时候为接收的信号较弱，小到1nA，此时为了保证采样精度，系统最大等效增益设置为300M欧姆，且由于线缆传输不可能完全平衡，所以在AD采样端测得50hz工频信号波形，但是，当其峰峰值达到了近100mv，制约了系统采样的精度和稳定性。由于硬件的响应能力和系统的处理能力同时要满足采样精度的要求，导致了有效信号的频率与50hz工频信号及其谐波频率接近，且很难通过硬件滤波将工频干扰信号去除而同时不影响到有效信号的采集，所以只能通过加低通滤波器滤除高频干扰；而且，虽然采用了高共模抑制比(Common Mode Rejection Ratio，简称CMRR)运放作为前端的互阻放大器，但是由于电路板的寄生电容或是PCB布线和传输线缆的不平衡，不可避免的将空间其它的电磁干扰信号引入测量系统，所以，综上所述，该种血氧仪具有如下缺陷：

1、对50hz工频耦合信号抗干扰能力差；

2、由于有用信号的频率特征，使低通滤波电路的截止频率偏高，导致对其它低频干扰信号抑制能力差；

3、为了提高信噪比使LED工作在较高的驱动电流下，降低了LED的使用寿命；

4、LED驱动电路与PIN管接收电路采用非隔离方案导致探头的线材设计要求高，进而导致线偏硬偏粗。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新的LED驱动人体信号采集方法，以克服上述缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种LED驱动人体信号采集方法，该方法采用LED驱动电流信号的正弦调制与正弦信号的直流变换采样，由于最终采样的是直流信号，所以大大的提高系统采样处理信号的能力，由于抗干扰能力强，所以大大的降低了LED的驱动电流，提高LED的使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种LED驱动人体信号采集方法，该方法采用LED驱动电流信号的正弦调制与正弦信号的直流变换采样，具体包括如下步骤：

S1：提供一个LED驱动电路，将一个探头3个波长LED用不同的频率的正弦波电流信号驱动，让其同时发光，实现LED驱动信号的正弦直流偏置调制驱动；

S2：提供一光电二极管接收电路，由光电二极管接收感应信号，经过luf电容将接收信号中的直流信号去除；

S3：采用高CMRR的低偏置电流的运放作为互阻放大器将电流信号变换为电压信号；

S4：经过差分放大器去消除共模信号；

S5：经过窄带通滤波器将有效信号以外的干扰信号去除；

S6：信号通过精密全波整形电路对信号进行整形；

S7：通过直流滤波将信号变换为直流信号给AD进行采样。

优选的，在上述LED驱动人体信号采集方法中，所述步骤S 1中，LED发光信号的频谱单一。

优选的，在上述LED驱动人体信号采集方法中，所述S5中，达到有效信号频率选择在13k～16khz之间的任何一个频率。

优选的，在上述LED驱动人体信号采集方法中，所述S5中，该通道的-3db的带宽仅为80hz，有效信号所在频率的衰减小于-0.01db。