[发明专利]一种PPG技术多光谱肤色标定与功耗优化装置及工作方法

说明书

本发明公开了一种基于PPG技术的多光谱肤色标定与功耗优化装置，包括检测装置本体；所述检测装置本体包括LED、PD和处理器；所述LED和PD设置于检测装置本体面向待测目标的同一侧；所述处理器依次通过LED时序控制器、LED驱动器与LED控制连接；所述PD依次通过跨导放大器、带通滤波器、模数转化器与处理器通讯连接；相比传统方法解决了两大难题：一是利用双色光标定皮肤肤色，利用波长较长的光如红外光克服了深色皮肤无法顺利采集的问题，使装置能适应更多的用户群体，显著提升了用户感受；二是提出了一种动态调整调节PPG检测参数的方法，从而以最快速度进入工作响应状态，同时采用最佳的性能功耗比来采集数据，显著提高了检测装置的续航能力。

技术领域

本发明涉及只能穿戴设备领域，尤其涉及一种PPG技术多光谱肤色标定与功耗优化装置及工作方法。

背景技术

使用容积描计波PPG技术检测血氧饱和度已经是医疗器械上常用的生命体征信号检测功能，目前已经广泛使用。PPG检测技术从传感器布局上看主要有两种：一种是医疗仪器上用的经典的透射式检测技术，另外一种是目前穿戴式产品上使用的反射式检测技术。所谓的透射是指的发光二极管(LED)和光电二极管(PD)在组织的异侧，透射经过组织的光线被组织或者血液部分吸收，检测到的PPG信号随着脉动有规律的变化；所谓的反射是指的LED和PD在同一侧，因此PD检测到的是经组织部分吸收和发射的光线。透射式检测技术一般是用于血氧饱和度检测，传感器放置的位置是指甲或耳垂等通透性较好的地方，这些位置的毛细血管比较多、皮肤角质层薄、皮肤颜色浅而且毛发较少，因此一般用于对信号质量有较高要求的场合，如医疗设备。反射式检测技术相对于透射式检测光路不唯一，大部分的光被散射损失，因此信号质量相对较差，但反射式检测具有很大的放置灵活性，在目前的穿戴式产品上得到了广泛应用，具有极高的市场价值。

作为基于光电检测原理的应用，反射式PPG技术本身具有显著的优点：

1.非侵入式的检测方法，不需要电极；

2.由于是分析局部组织的光电吸收或者反射情况，可以在单手上实现检测，用户感受较好；

但缺点也非常明显：

1.光电式检测受人体体表环境的影响很大，例如黑皮肤、毛发较多以及文身等情况；比如黑色会吸收大部分的光强，毛发会发射光，文身改变了组织特性；因此，在某些条件下检测PPG尚且很难，更不用说需要跟多波形细节的应用如血氧饱和度；

2.容易引起部分用户(例如黑皮肤、多毛以及文身等)的不满，造成设备区分对待客户的误解；因为不是每个客户都明白检测的原理，而且设备提供商也可能很难跟客户解释清楚，特别是普通消费类产品；

3.容积描计波容易受到外界干扰导致波形失真严重从而影响识别效果；最明显的是环境光的干扰、本身设备的漏光干扰以及用户运动造成的干扰；

在便携式小体积的系统设计上，特别是穿戴式健康检测设备，由于使用环境的多样性，用户群分散，我们需要可靠性和鲁棒性更高的产品设计来保证产品的一致性，这对产品设计的要求很高。

另外，功耗也是衡量该类产品的重要指标，它直接关系到用户的感受问题，特别是连续心率监控的场合比如健身、跑步、马拉松、睡眠监测等，这些场合需要连续的心率检测而同时还需要保持较低的功耗，因此如何快速找到合适的参数优化功耗并能根据环境的变化自适应改变参数是产品设计需要考虑的问题，从系统的角度讲除了上述问题还存在下面的难题：