[实用新型]可穿戴式生物信号采集装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及生物光学技术领域，具体涉及一种可穿戴式生物信号采集装置。

背景技术

现有的光学检测或者光电传感技术已经日趋成熟，其前端电路主要包括光源LED控制部分与光电二极管(PD)探测电路部分的设计，将光学监测或者光电传感技术应用于人体，光学生物传感技术不断应用于医疗保健行业。随着健康、医疗保健水平的不断提高，可穿戴式的医疗设备、医疗器械越来越被广泛关注，为人们的日常生活、健康保健提供保驾护航，其中可穿戴式光学生物传感技术正是其中的关键。

可穿戴式光学生物传感，主要用于测量心率、血氧饱和度、HRV变异性、血压、以及其它人体功能参数等等。然而生物传感的应用场景、人体的光电传感往往比较复杂，主要表现在人体运动、人体肤色、人体皮肤组织、人体阻抗等等对光电转换的影响，而且因人而异、不同年龄阶段、不同时间均表现出特异性。表现在电路设计中，需要解决弱光电信号放大、信号噪声、信号直流偏移、光源的恒流可编程调节控制、光源的切换控制等等问题，并且在应用过程中需要进行电路参数的调节以适应不同人体、不同时段等等造成的特异性。

现有的用于测量心率、血氧饱和度、HRV变异性、血压、以及其它人体功能参数等的可穿戴光学生物传感装置，如图1所示，光电传感一般包含光源与探测两部分设计，光源的控制采用“压控恒流”的方式，需要采用数模转换器(DAC)，进行精确的输出电压可编程调节控制。光电传感采用光电二极管进行光电转换之后，再经跨阻放大转化为电压信号，还需要经过滤波与再次放大，最终进行模数转换器(ADC)转化成数字信号，以便后续数字电路的运算与处理。整个系统的构成还需要包含微控制器(Microcontroller)、LCD显示、人机交互按钮或触摸屏、蜂鸣器报警、蓝牙(Bluetooth)通信、电源管理、电池电量管理等。

这种可穿戴式设备，需要解决重大问题就是体积与功耗的限制，采用传统的设计方法设计前端模拟电路部分，首先需要对电路结构、参数进行设计，包括互阻抗放大器(TIA) 电路、滤波放大电路、“压控恒流”电路等，并对其中采用的各种关键器件进行选型，包括精密低噪声运算放大器、ADC转换器、DAC转换器等。最终形成的电路往往由于体积过大无法满足设计要求，不仅如此，体积过大还会影响光电传感电路的实际性能，引入不必要的噪声与干扰。再者，由于人体光电传感信号的复杂性与特异性，前端模拟电路的调试工作十分复杂，需要根据实际的应用环境调整电路结构与参数；并且在功能上，往往无法全面，既需要最小的设计体积，又需要同时进行多种切换控制，比如多路LED切换以及多路PD信号的探测，采样方式的不同，可以持续周期采样或者连续间隔多次采样等等，而现有的可穿戴式设备无法满足这些要求。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本实用新型还有一个目的是提供一种多通道光电探测、超小型集成式模拟前端电路，应用于可穿戴式生物传感的超小型集成模拟前端电路，针对现有光电传感电路方案采用离散模拟电路、数字电路搭建的方案，本实用新型采用了集成式方案，探测功能更加全面，减轻了设计的复杂度，增加了电路的可靠性，提高了调试的方便性与灵活性。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种可穿戴式生物信号采集装置，包括：

光电发射单元，其包括有若干个发光二极管、相连接的恒流驱动器和光源通道选择器，各个所述发光二极管独立驱动且发光强度、波长不同，所述发光二极管分别与所述恒流驱动器连接；

光电接收单元，其至少包括两路光电二极管、探测通道选择器、采样与转换开关阵列以及模数转换器，每路所述光电二极管与所述发光二极管之间的光程距离不同，所述光电二极管接收经人体组织吸收后的所述发光二极管的反馈光信号，所述光电二极管通过所述探测通道选择器依次与采样与转换开关阵列和数模转换器连接，所述数模转换器通过一接口模块与外接的控制器连接；

时序控制单元，其与所述接口模块通信连接，所述时序控制单元包括相连接的定时器和多路触发器。

优选的，所述光源通道选择器输入端与所述接口模块连接，所述恒流驱动器为由数模转换器输出电压控制的恒流源，所述光源通道选择器输出端与所述数模转换器输入端连接。

优选的，每个所述发光二极管的前端设置有通道开关，所述通道开关与所述接口模块连接，所述数模转换器输出端通过所述恒流源与所述通道开关连接。