[发明专利]一种反射式光电容积波的模拟电路前端模块及检测方法

说明书

本发明公开一种反射式光电容积波的模拟电路前端模块及检测方法，装置包括，驱动电路模块、跨阻放大器模块和采样保持电路模块，包括并联在跨阻放大器模块输出端的三路采样保持电路，背景光消除电路模块，输入端连接三路采样保持电路的输出端；滤波电路模块，包括依次连接在背景光消除电路模块输出端的四阶Sallen‑Key高通滤波器和四阶MFB低通滤波器；本发明所述的方法，通过模拟电路前端模块可以实现一种结构简单、易于实现、小体积、低功耗、具有极高的时间分辨率、便于二次集成的模拟电路前端模块。可以方便地实现反射式光电容积波的检测，扩大了光电容积波检测的应用范围，能够满足各种复杂、苛刻的应用场合的需求。

技术领域

本发明属于生物医学工程领域，涉及一种反射式光电容积波的模拟电路前端模块及检测方法。

背景技术

光电容积波(Photoplethysmography)是以光电描记法获得的血液容积随心脏搏动而产生的周期性波动信号，其中蕴含着血氧饱和度、脉率、呼吸、血压、心率变异性等丰富的生理、病理信息。根据检测时光发射器和光接收器的位置在待测组织的对侧还是同侧，光电容积波检测方法可大致分为透射式和反射式两类。目前临床上普遍使用的是透射式方法，以指夹式脉搏血氧仪为典型代表。这种检测方法通常需要检测光穿透人体组织到达光接收器的光强，因此发射光强较强，只能用于指端、耳垂等少数组织厚度较薄部位的测量。对于大量的组织厚度较厚、测量位置狭小甚至体内的测量应用而言，更需要反射式测量方法，即检测光在组织中传播过程中反射回与光发射器同侧的光接收器的光强，从中提取检测各类生理信息的方法。由于发射光强较弱、反射光强更微弱、且反射光强通常淹没在人体组织与环境的各种噪声之中，故反射式光电容积波的检测十分困难，其检测装置、特别是模拟电路前端模块也难以降低功耗、缩小体积。

中国专利CN104224142 B《超低功耗的PPG信号采集电路及采集方法》中，使用反射式检测方式，由此可以降低发光二极管的发光强度，从而降低整个系统的功耗。但该发明只使用了一个发光二极管作为光发射器，因此只能得到单波长的光电容积波信号，从而只能进行心率等生理信息的测量，不能进行血氧饱和度等生理信息的检测，临床使用价值受限。中国专利CN106333658 A《一种光电容积脉搏波检测仪及检测方法》中，提供了一种高时间分辨率光电容积波检测仪可以进行心率变异性HRV分析。但该仪器属于带有上位机的大型生理检测装置，功耗较高，体积较大。中国专利CN103142237 A《一种高效血氧饱和度检测电路》中，公开了一种采用运算放大器构成的双向对数放大器和差频器为核心的双波形光电容积波采集电路，大幅度降低了运算且提高的检测精度，降低了成本。但该设计的电路结构较为复杂，功耗较高，体积较大。

以上述方法为代表的反射式光电容积波检测方法及模拟电路前端为产生恒定的发光二极管LED驱动电流通常采用H桥方式工作，对常规脉率与血氧饱和度等检测以50Hz～200Hz的驱动频率驱动红光、红外光LED分时交替发光，以光电二极管检测反射光强，经前置放大器和主放大器两级电压反馈放大后，将红光、红外光反射光分离，分别消除背景光干扰后滤波除去干扰成分获得光电容积波波形后送往A/D转换器进行数字化或直接送往显示终端显示。其H桥电路功耗高、驱动电流难以调整、驱动频率不高，难以满足心率变异性分析等高时间分辨率分析的需要、前置放大器和主放大器两级电压反馈放大噪声高、信噪比低，所获得光电容积波波形较差。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种反射式光电容积波的模拟电路前端模块及检测方法，模块结构简单、小体积、低功耗、具有极高的时间分辨率、便于二次集成，方法设计合理易于实现。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种反射式光电容积波的模拟电路前端模块，包括，