Определение гемоглобина и фотоплетизмография с применением спектральной модуляции

1. Устройство (100, 200) для обнаружения гемоглобина, содержащее:
- спектрально настраиваемый блок (102, 202) испускания-обнаружения, выполненный с возможностью выбора интервала спектральной модуляции в соответствии со следующими критериями:
a) количественная величина, указывающая на коэффициент пропускания гемоглобина, отображенный на графике в виде функции от длин волн, проявляет наклоны противоположных знаков в этом интервале спектральной модуляции, и
b) величина, указывающая на соответствующий коэффициент пропускания эпидермы, дермы и гиподермы, отображенный на графике в виде функции от длины волны, не проявляет изменения знака соответствующего наклона в этом интервале спектральной модуляции,
m
причем спектрально настраиваемый блок испускания-обнаружения дополнительно выполнен с возможностью спектрально-селективного и периодического испускания или обнаружения электромагнитного излучения на различных длинах волн, охватывающих указанный интервал (L1-L6) спектральной модуляции на частоте (f) модуляции, и с возможностью выдачи сигнала обнаружения, указывающего на обнаруженное электромагнитное излучение, в виде функции от времени, и
- блок (116, 216) обработки сигнала, который выполнен с возможностью приема сигнала обнаружения и с возможностью выдачи выходного сигнала, указывающего на вклад по меньшей мере одной частотной составляющей, которая образует вторую или более высокую четную гармонику указанной частоты модуляции, в указанный сигнал обнаружения.
2
2. Устройство для обнаружения гемоглобина по п. 1, в котором интервал спектральной модуляции представляет собой по меньшей мере один интервал из группы спектральных интервалов (A-G), в которых количественная величина, указывающая на коэффициент пропускания гемоглобина (Hb, HbO) и выраженная в виде функции от длины волны, проявляет нелинейную спектральную зависимость, которая может быть разложена со значительный вкладом по меньшей мере одной четной функции,
при этом в интервале спектральной модуляции количественная величина, указывающая на соответствующий коэффициент пропускания других биологических частей, которые необходимо подвергнуть испускаемому и обнаруживаемому электромагнитному излучению, и выраженная в виде функции от длины волны, не проявляет нелинейную спектральную зависимость, которая может быть разложена со значительный вкладом по меньшей мере одной четной функции.
3. Устройство для обнаружения гемоглобина по п. 1 или 2, в котором интервал спектральной модуляции содержит длину волны (Р2), на которой насыщенный кислородом гемоглобин проявляет локальный пик (А, С, Е) поглощения или локальный минимум (В, D) поглощения.
4. Устройство для обнаружения гемоглобина по п. 1, в котором блок (116, 216) для обработки сигналов выполнен с возможностью выдачи в виде выходного сигнала вклада второй гармоники частоты модуляции в сигнал обнаружения.
m
5. Устройство для обнаружения гемоглобина по п. 1, дополнительно содержащий блок (108, 208) управления модуляцией, выполненный с возможностью выдачи управляющего сигнала настройки, который является периодическим, на частоте (f) модуляции для возбуждения спектрально модулированного испускания или обнаружения электромагнитного излучения блоком испускания-обнаружения, который охватывает интервал спектральной модуляции во время соответствующего периода модуляции (Т).
6. Устройство для обнаружения гемоглобина по п. 5, дополнительно содержащий блок (118, 218) спектрального выравнивания, который выполнен с возможностью:
- управления блоком (108, 208) управления модуляцией при выполнении процесса спектрального выравнивания путем тестирования различных подходящих длин волн (W1-W12) в интервале (L1) спектральной модуляции вокруг заданной центральной длины волны,
- определения из соответствующих сигналов обнаружения, принятых на различных подходящих длинах волн, оптимального интервала (L1-L6) спектральной модуляции, в котором вклад второй или более высокой четной гармоники частоты модуляции в сигнал обнаружения является в общем и целом наибольшим,
- выбора оптимального интервала спектральной модуляции в качестве интервала спектральной модуляции, который следует использовать для обычной операции обнаружения гемоглобина блоком управления модуляцией.
7. Устройство для обнаружения гемоглобина по п. 5, в котором блок (102) испускания-обнаружения содержит:
- спектрально настраиваемый испускающий блок (104), выполненный с возможностью выборочной выдачи электромагнитного излучения на различных длинах волн в зависимости от управляющего сигнала настройки, и
- блок (106) обнаружения, выполненный с возможностью выдачи сигнала обнаружения, который указывает на количество электромагнитного излучения, испущенного испускающим блоком и рассеянного кровью и другими биологическими частями субъекта, в виде функции от времени.
8. Устройство для обнаружения гемоглобина по п. 5, в котором блок для обработки сигналов содержит синхронный усилитель, принимающий управляющий сигнал настройки и сигнал обнаружения.
9. Устройство для обнаружения гемоглобина по п. 1, в котором испускающий блок (104, 500) содержит по меньшей мере одно настраиваемое твердотельное испускающее устройство.
10. Устройство для обнаружения гемоглобина по п. 1, в котором испускающий блок (104, 400) содержит множество различных твердотельных светоиспускающих устройств (404, 406, 408), каждое из которых обеспечивает одну фиксированную длину волны в интервале спектральной модуляции, для приведения в действие соответствующего одного из указанных различных твердотельных светоиспускающих устройств в соответствующей фазе периода модуляции.
11. Устройство для обнаружения гемоглобина по п. 1, в котором блок испускания-обнаружения содержит спектрально настраиваемый блок обнаружения, выполненный с возможностью выборочного обнаружения электромагнитного излучения на различных длинах волн и с возможностью выдачи сигнала обнаружения, указывающего на количество спектрально отобранного электромагнитного излучения, испущенного испускающим блоком и рассеянного кровью и другими биологическими частями субъекта, в виде функции от времени.
12. Устройство для обнаружения гемоглобина по п. 7 или 11, в котором испускающий блок или блок обнаружения содержит настраиваемый оптический фильтр, выполненный с возможностью пропускания электромагнитного излучения на одной из множества различных отобранных длин волн в интервале спектральной модуляции.
13. Устройство (120, 220) для фотоплетизмографии, содержащее устройство (100, 200) для обнаружения гемоглобина по п. 1 и блок (122, 222) для оценки фотоплетизмографии (PPG), принимающий выходной сигнал и выполненный с возможностью определения информации о состоянии сердечно-сосудистой системы на основании указанного выходного сигнала и с возможностью выдачи информации о состоянии сердечно-сосудистой системы.
14. Способ обнаружения гемоглобина, согласно которому:
- выбирают интервал спектральной модуляции в соответствии со следующими критериями:
a) количественная величина, указывающая на коэффициент пропускания гемоглобина, отображенный на графике в виде функции от длин волн, проявляет наклоны противоположных знаков в этом интервале спектральной модуляции, и
b) величина, указывающая на соответствующий коэффициент пропускания эпидермы, дермы и гиподермы, отображенный на графике в виде функции от длины волны, не проявляет изменения знака соответствующего наклона в этом интервале спектральной модуляции,
- периодически обеспечивают (2202), на частоте модуляции, спектрально-селективное испускание и обнаружение электромагнитного излучения на различных длинах волн, которые охватывают указанный интервал (L1-L6) спектральной модуляции во время соответствующего периода модуляции,
- выдают (2204) сигнал обнаружения, указывающий на обнаруженное электромагнитное излучение, в виде функции от времени, и
- обрабатывают (2206) сигнал обнаружения и выдают выходной сигнал, указывающий на вклад по меньшей мере одной частотной составляющей, которая образует вторую или более высокую четную гармонику частоты модуляции, в указанный сигнал обнаружения.
15. Способ фотоплетизмографии, включающий способ обнаружения гемоглобина по по. 14 и дополнительно включающий определение (2308) информации о состоянии сердечно-сосудистой системы на основании выходного сигнала и выдачу этой информации о состоянии сердечно-сосудистой системы.