[发明专利]一种基于LED二极管及LED显示矩阵的脉搏波测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于LED二极管及LED显示矩阵的脉搏波测量装置及方法。该测量方法利用多个LED二极管接触人体皮肤，通过一部分LED发光，另一部分LED接收经过皮肤反射的光信号并且转化为电信号；本发明设计的装置包括了在同一平面内的多个LED二极管构成的不同形状的矩阵，硬件滤波采集模块和数据处理分析模块；LED矩阵中的LED二极管同时拥有显示和检测的功能，工作时矩阵接触人体手指等一个或多个部位的皮肤，一个或多个被指定检测功能的LED其周围LED处于发光模式，检测功能的LED连接放大器获取电信号，并利用模数转换电路采集信号。本发明可以用于测量人体表面多点脉搏波的测量，得到脉搏、心率变异性等信息。

技术领域

本发明涉及光电和人体健康监测技术领域，具体涉及了一种基于LED二极管及LED显示矩阵的脉搏波测量装置及方法。

背景技术

人体健康和特征数据的无创检测是当前医学工程领域的前沿方向之一，光电学的方法是近几年的研究热点，其中比较有代表性的方法是光电容积脉搏波描记法PPG，该方法的优势在于低成本，安全高效，数据精度较高，因此受到了广泛的应用和研究。根据Lamber—Beer定律，物质在一定波长处的吸光度和它的浓度成正比。当恒定频率的光入射到人体的组织上时，皮肤，血液和肌肉等组织对于光的吸收是不会变化的，因此通过检测经过人体组织吸收的并且反射了的光包含了被照射人体组织的特征和变化信息。脉搏主要是由人体心脏的舒张和收缩产生的，该运动情况反映在动脉的舒张和收缩情况中。而在人体的指尖，手腕，手肘和脖颈等部位富含毛细血管，因此传统的光电式脉搏波传感器的测量部位通常就设计在指尖或手腕等位置，在心脏收缩时，毛细血管血液流量大，对光的吸收强；当心脏舒张时，毛细血管血液流量小，反射光强。通过检测反射光的强度来体现人体的脉搏波，现有的光电式脉搏波传感器大多用于检测指尖，并且使用的是光敏三极管作为感光元件，只能作为独立仪器使用。

日常生活中使用的LED屏本质上是PN结二极管构成的矩阵，在LED两端接上正向电压时二极管会发光；反之根据光电效应，当有光照射在PN结二极管上，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键产生电子-空穴对，也称为光生载流子，它们的存在使得反向电流明显变大，从而产生电信号。现在市场上的LED屏只利用了其显示功能，没有充分利用其光电特性。本专利在LED发光和显示的基础上引入光电容积脉搏波检测功能，是一种可替代现有脉搏波检测产品同时兼容显示和照明系统的新检测手段。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种基于LED二极管及LED显示矩阵的脉搏波测量装置及方法。本发明的主要目的就是利用光电效应，让LED二极管本身能够接收通过上述毛细血管血液反射的光信号，并且转换为电信号，进一步经过信号处理和数据分析得到人体的健康和特征信息，这套脉搏波检测方法的应用装置可以兼容于市面上已有的LED屏使其具有显示和实时检测的双重功能，使用途径更便捷也更多样。

本发明采用的技术方案如下：

一、一种基于LED二极管及LED显示矩阵的脉搏波测量装置

包括检测模块、驱动电路、硬件滤波采集模块和供电电源，硬件滤波采集模块主要由滤波放大电路和模数转换电路组成；

检测模块为多个LED二极管或由多个LED二极管呈阵列排布组成的LED显示矩阵，LED二极管包括发射LED和接收LED，每个接收LED被邻近的发射LED包围；检测模块上设置有与人体皮肤接触的检测区域；

驱动电路与检测模块连接，硬件滤波采集模块与接收LED连接且不与发射LED连接；检测模块、硬件滤波采集模块、驱动电路由供电电源供电。