專利名稱：光體積變化信號的光學成像裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型是有關于一種光體積變化信號的光學成像裝置，特別是一種可準確測量到待測部位的光體積變化信號，且不受噪聲光的干擾的光學成像裝置。
背景技術：
現代醫學在新科技不斷的進步之下，醫療的技術與品質越來越高，伴隨手術所使用記錄的生理資訊也越來越多，除了必要的生理數據，像是:心跳、血壓、體溫與血氧濃度等，慢慢的也加入自主神經的檢測，例如:利用偵測腦電圖的BIS或者是使用聽覺神經偵測的AEP，得知手術中麻醉藥劑使用多寡的麻醉深度偵測。通過上述這些儀器的偵測，也讓醫生在手術的過程中，更能掌握病患的生理數據。然而，在目前醫療手術的過程中，醫師除了可通過紀錄許多人體的生理參數像是心電圖、血壓以及血氧濃度等來判斷接受手術的病人目前的生理狀態，紀錄光體積變化(Photo plethysmography,PPG)信號亦是現代醫學上常用來分析人體血管特性的一種非侵入式測量法。一般而言，由于PPG信號就是利用光感測元件吸收光線能量的原理，來紀錄光線變化而感應出來的一種信號。因此，利用測量PPG信號的原理，現有技術除了可以縮小待測部位的測量體積外，測量的精準度也相當的不錯。它不僅可用來測量手指尖的PPG信號以及其他心血液相關參數，亦可將其紀錄成數字數據以方便分析介面的開發。然而，PPG成像裝置可能會有噪聲光的干擾，因此無法確保PPG影像中，其待測點上的光強度變化是否為所述待測點的PPG信號。除此之外，測量不同的待測部位時須重新調整PPG成像裝置與待測部位的相對位置。
因此，如何提供一種既可解決上述問題，并可確保PPG成像裝置可準確地接收到待測部位上每一點的PPG信號的光學裝置，為熟習此項技術領域者亟需解決的問題之一。
發明內容鑒于以上，目前市面上的PPG相關儀器只可測量單一點的信號，而非一整面的信號。反觀本實用新型可量取一整個待測面的信號，而所述待測面的信號即由許多點的信號排列而成，因此，本實用新型可利用面的信號來了解待測面上每一點間PPG信號的差異性。本實用新型的主要目的是在提供一種光體積變化信號的光學成像裝置，其通過將入射的光信號進行聚光及分光的動作，使其反射出待測部位上每一點的光體積變化信號。本實用新型的另一目的是在提供一種光體積變化信號的光學成像裝置，其是采用普及的光學成像架構，接收來自待測部位的光信號，不僅可測量大面積的光體積變化信號，更可得到待測部位的全面積PPG影像。本實用新型的再一目的是在提供一種光體積變化信號的光學成像裝置，其是將上述的光學成像架構置于一防光害環境下，由此杜絕光噪聲，以獲取待測部位準確的光體積變化信號。[0011]為達到上述的目的，本實用新型是有關于一種光體積變化信號的光學成像裝置，適于測量一待測部位的光體積變化信號。此種光學成像裝置包括:一光發射單元、一聚光鏡單元、一分光鏡單元、一影像感測單元、以及一影像分析單元。其中，光發射單元提供一光信號。聚光鏡單元對應設置于光發射單元，并接收光發射單元的光信號，并將其轉換為一平行光。分光鏡單元對應設置于聚光鏡單元，并接收聚光鏡單元輸出的平行光，并將其反射至待測部位。影像感測單元對應設置于分光鏡單元，并接收自待測部位所反射出的光信號，以將其轉換為待測部位的一影像信號。影像分析單元電性連接于影像感測單元，影像分析單元分析影像信號，以取得待測部位的光體積變化信號。在一實施例中，其中自待測部位所反射出的光信號是穿透分光鏡單元，再到達影像感測單元。在一實施例中，其中分光鏡單元是依照一預定比例，將平行光反射至待測部位，以及將光信號透射至影像感測單元。在一實施例中，其中上述的光發射單兀包含有:一光源模塊，提供光信號；以及一控制模塊，控制驅動光源模塊的光源強度，使得光源模塊根據不同的待測部位而發射不同強度的光信號。在一實施例中，其中上述的光源模塊所發射的光信號為多波長或單一波長的光線，且光源模塊為發光二極管、激光二極管、或白熾燈。在一實施例中，其中上述的聚光鏡單元為一可聚集多種角度的光信號成平行光的聚光模塊，且聚光模塊是聚集多種波長的光線。在一實施例中，其中上述的聚光鏡單元為一可聚集多種角度的光信號成平行光的透鏡或一可反射光信號成平行光的面鏡。在一實施例中，其中影像感測單元為具有電荷耦合元件或互補式金屬氧化物半導體這樣影像感測元件的數字型 攝影裝置。在一實施例中，此種光學成像裝置更包含一偏光鏡，所述待測部位所反射出的光信號是先通過所述偏光鏡再由影像感測單元進行轉換。在一實施例中，其中影像分析單元是分析并繪制出影像感測單元中每個像素的光強度變化波形圖，以取得待測部位的光體積變化信號。 在一實施例中，此種光學成像裝置更包含一防光害單元，所述防光害單元是環繞設置于光發射單元、聚光鏡單元、分光鏡單元與影像感測單元的外圍，以防止至少一光噪聲的干擾。在一實施例中，其中所述光噪聲包括環境光線及非欲測得的光信號。在一實施例中，其中影像分析單元是根據光體積變化信號，取得大面積灌流指標的分布情形。實用新型所揭示的光體積變化信號的光學成像裝置，為一種PPG成像的光學架構，此種架構不僅可準確測量出待測面上每一點的PPG信號，更可由此拍攝到待測部位的整面影像以及待測部位上大面積的PPG信號，并根據大面積的PPG信號求得大面積的灌流指標(PI)分布。其次，本實用新型更揭示在防光害環境下實施上述的光學成像架構時，可進一步杜絕外界光噪聲的干擾，由此獲得較佳的測量精度，以作為后續臨床分析的測量評估。[0026]底下通過具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易了解本實用新型的目的、技術內容、特點及其所達成的功效。

圖1為根據本實用新型實施例光學成像裝置的示意圖。圖2為根據本實用新型實施例的光學測量方法的步驟流程圖。圖3為根據本實用新型實施例的光發射單元的內部示意圖。圖4為根據本實用新型實施例的光體積變化信號的波形時序圖。附圖標記說明:1-待測部位；101-光發射單元；102-聚光鏡單元；103-分光鏡單元；104-防光害單兀；105-影像感測單兀；106_影像分析單兀；301_光源模塊；302_控制模塊。
具體實施方式本實用新型提供一種光體積變化信號的光學成像裝置，主要是先利用光學成像架構將入射的光信號聚集成平行光，之后再進行分光，然后再通過影像感測及分析單元分析自待測部位反射出的光信號，由此準確地測量到待測部位上大面積的光體積變化(Photoplethysmography, PPG)信號。此種光學成像裝置，更可選擇在一防光害環境下實施，以進一步杜絕至少一光噪聲的干擾，提高測量結果的精度。請參考圖1，為根據本實用新型實施例的光學成像裝置的示意圖，其可用以測量一待測部位I的光體積變化(PPG)信號。此種成像裝置包含有:一光發射單元(Lightemitting unit) 101、一聚光鏡單兀(Condenser unit) 102、一分光鏡單兀(Beam splitterunit) 103、一防光害單兀(Light prevention unit) 104、一影像感測單兀(Image sensingunit) 105、以及一影像分析單元(Image analysis unit) 106。其中，光發射單元101提供一光信號；聚光鏡單元102對應設置于光發射單元101，并將光發射單元101提供的光信號轉換為平行光；分光鏡單元103對應設置于聚光鏡單元102，并將平行光反射至待測部位I ;影像感測單元105對應設置于分光鏡單元103，并接收待測部位I所反射出的光信號，以將其轉換為影像信號；影像分析單元106電性連接影像感測單元105，分析影像信號，以取得待測部位I的光體積變化信號。請參閱圖2，為根據本實用新型實施例的光學測量方法的步驟流程圖。以下關于此一實施例的實施方式的說明，請一并參照圖1與圖2所示，茲詳細說明如下。如步驟S202所示，首先，本實用新型提供一防光害單元104，環繞設置于光發射單元101、聚光鏡單元102、分光鏡單元103與影像感測單元105的外圍。在本實施例中，本實用新型是通過防光害單元104，杜絕光噪聲對上述各光學元件的干擾。其中，防光害單元104所隔絕的光噪聲包含有環境光線(ambient light)以及本實用新型非欲測得的光信號。在一實施例中，防光害單元104可以是但不限于一暗箱(Camera Obscure)。接著，如步驟S204所示，提供一光發射單元101，以發射光信號。其中，請配合參閱圖3所示，其為根據本實用新型實施例的光發射單元101的內部示意圖。如圖3所不,光發射單兀101包含有:一光源模塊301以及一控制模塊302。一般而言，光源模塊301可用以提供光源，以提供光信號照射至待測部位I。控制模塊302則電性連接光源模塊301，并用以控制驅動光源模塊301的光源強度，以使得光源模塊301根據不同的待測部位組織，可發射出不同強度的光信號。舉例來說，光源模塊301可以是例如:發光二極管、激光二極管、或白熾燈等發光元件，以發射出多波長或是單一波長的光線。之后，如步驟S206所示，聚光鏡單元102是接收光發射單元101射出的光信號，并將上述的光信號轉換為一平行光。在一實施例中，聚光鏡單元102可以是一可聚集多種角度的光信號成平行光的聚光模塊，并且聚光鏡單元102可聚集多種波長的光線。在另一實施例中，聚光鏡單元102亦可以是一可聚集多種角度的光信號成平行光的透鏡(lens)或一可反射光信號成平行光的面鏡(mirror)。大抵而言,聚光鏡單兀102系可將入射的光信號轉換為平行光輸出。之后，如步驟S208所示，分光鏡單元103是接收聚光鏡單元102輸出的平行光，并將上述的平行光反射至待測部位I。詳細而言，分光鏡單元103為一可使得入射光線部分穿透、且部分反射的光學元件。一般而言，使用者可通過設計分光鏡的曲率等參數，使得分光鏡單元103可依照一預定比例，將入射的平行光部分反射至待測部位1，部分透射至影像感測單元105。之后，如步驟S210所示，自待測部位I所反射出的光信號會被影像感測單元105所接收，并通過影像感測單元105內部的光電轉換元件將光信號轉換為一影像信號。其中，影像感測單元105可以是具有電荷稱合元件(Charge Coupled Device,CO))或互補式金屬氧化物半導體(Com plementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS)等影像感測兀件的數字型攝影裝置。在一實施例中，待測部位I所反射出的光信號亦可先通過一偏光鏡，再到達影像感測單元105進行轉換。值得注意的是，根據本實用新型的實施例，在影像感測單元105將待測部位I所反射出的光信號轉換為影像信號之前，待測部位I所反射出的光信號可先穿透分光鏡單元103，再到達影像感測單元105。然而，其作法并不以本實施例所述為限。若設計者善加設計上述各光學元件間的相對位置關系，使得平行光經過分光鏡單元103的分光后，可由待測部位I反射而直接入射影像感測單元105，則同樣可用以實施本實用新型，亦應隸屬于本實用新型的實用新型范圍。最后，如步驟S210所示，影像分析單元106是連接于影像感測單元105，由此分析影像感測單元105所輸出的影像信號，以擷取出待測部位I的光體積變化信號。詳細來說，影像分析單元106可以是具有影像分析功能的電腦、個人數字助理、或手機等裝置，其是用以分析并繪制出如圖4所示的光強度變化波形圖，由此取得待測部位I的光體積變化信號。一般而言，如圖4所示，所述波形圖即為影像感測單元105中個別像素(pixel)所對應的PPG信號，因此，本實用新型通過紀錄待測部位I上每一點所對應的PPG信號，即可得到待測部位I上大面積的PPG信號與其整面影像。除此之外，根據本實用新型的實施例，在影像分析單元106取得待測部位I的PPG信號后，影像分析單元106更可進一步地根據PPG信號求得待測部位I上大面積灌流指標(PD的分布情形。[0050]由于本實用新型所述的步驟S204至S210皆是在防光害單元104內所實施的，因此，本實用新型所揭示的測量方法更可進一步地利用防光害單元104來杜絕光噪聲的干擾，由此得到較佳的測量結果。綜上所述，本實用新型所揭示的光體積變化信號的光學成像裝置，為一種PPG成像的光學架構，此種架構不僅可準確測量出待測面上每一點的PPG信號，更可由此拍攝到待測部位的整面影像以及待測部位上大面積的PPG信號，并根據大面積的PPG信號求得大面積的灌流指標(PI)分布。其次，本實用新型更揭示在防光害環境下實施上述的光學成像架構時，可進一步杜絕外界光噪聲的干擾，由此獲得較佳的測量精度，以作為后續臨床分析的測量評估。以上所述的實施例僅為說明本實用新型的技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝的人士能夠了解本實用新型的內容并據以實施，當不能以的限定本實用新型的專利范圍，即大凡依本實用新型所揭示的精神所作的均等變化或修飾，仍應涵蓋在本實用新型的專利范圍內。·
權利要求1.一種光體積變化信號的光學成像裝置，其特征在于，適于測量一待測部位的光體積變化信號，所述光學成像裝置包括: 一光發射單元，提供一光信號； 一聚光鏡單元，對應設置于所述光發射單元，并接收所述光發射單元的所述光信號，并將其轉換為一平行光； 一分光鏡單元，對應設置于所述聚光鏡單元，并接收所述聚光鏡單元輸出的所述平行光，并將其反射至所述待測部位； 一影像感測單元，對應設置于所述分光鏡單元，并接收自所述待測部位所反射出的光信號，以將其轉換為所述待測部位的一影像信號；以及 一影像分析單元，電性連接于所述影像感測單元，所述影像分析單元分析所述影像信號，以取得所述待測部位的光體積變化信號。
2.根據權利要求1所述的光體積變化信號的光學成像裝置，其特征在于，自所述待測部位所反射出的光信號是穿透所述分光鏡單元，再到達所述影像感測單元。
3.根據權利要求1所述的光體積變化信號的光學成像裝置，其特征在于，所述分光鏡單元是依照一預定比例，將所述平行光反射至所述待測部位，以及將所述光信號透射至所述影像感測單元。
4.根據權利要求1所述的光體積變化信號的光學成像裝置，其特征在于，所述光發射單元包含有: 一光源模塊，提供所述光信號；以及 一控制模塊，電性連接所述光源模塊并控制驅動所述光源模塊的光源強度，使得所述光源模塊根據不同的待測部位而發射不同強度的光信號。
5.根據權利要求4所述的光體積變化信號的光學成像裝置，其特征在于，所述光源模塊所發射的所述光信號為多波長或單一波長的光線，且所述光源模塊為發光二極管、激光二極管、或白熾燈。
6.根據權利要求1所述的光體積變化信號的光學成像裝置，其特征在于，所述聚光鏡單元為一可聚集多種角度的光信號成平行光的聚光模塊，且所述聚光模塊是聚集多種波長的光線。
7.根據權利要求1所述的光體積變化信號的光學成像裝置，其特征在于，所述聚光鏡單元為一可聚集多種角度的光信號成平行光的透鏡或一可反射光信號成平行光的面鏡。
8.根據權利要求1所述的光體積變化信號的光學成像裝置，其特征在于，所述影像感測單元為具有電荷耦合元件或互補式金屬氧化物半導體這樣影像感測元件的數字型攝影>j-U ρ α裝直。
9.根據權利要求1所述的光體積變化信號的光學成像裝置，其特征在于，更包含一偏光鏡，所述待測部位所反射出的光信號是先通過所述偏光鏡再由所述影像感測單元進行轉換。
10.根據權利要求1所述的光體積變化信號的光學成像裝置，其特征在于，更包括一防光害單元，其中所述防光害單元是環繞設置于所述光發射單元、所述聚光鏡單元、所述分光鏡單元與所述影像感測單元的外圍，以防止至少一光噪聲的干擾。
11.根據權利要求10所述的光體積變化信號的光學成像裝置，其特征在于，所述光噪聲包括環境光線及非欲測得的光信號。`
專利摘要本實用新型公開一種光體積變化信號的光學成像裝置，包括有一光發射單元、一聚光鏡單元、一分光鏡單元、一影像感測單元以及一影像分析單元。光發射單元提供一光信號。聚光鏡單元接收光信號，并將其轉換為一平行光。分光鏡單元接收平行光，并將其反射至待測部位。影像感測單元接收自待測部位所反射出的光信號，以將其轉換為影像信號。影像分析單元連接于影像感測單元，并且分析影像信號，以取得待測部位的光體積變化信號。上述的光學成像裝置更可選擇設置于一防光害單元中，由此杜絕光噪聲的干擾，獲得較佳的測量精度。
文檔編號A61B5/02GK203138462SQ20122049187
公開日2013年8月21日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者林育德, 蔡青哲, 何湖瑩, 王仕帆, 張永晴, 林康平, 張恒鴻 申請人:中原大學