基于飞行时间直方图的脉搏血氧仪
医学物理
2025-12-22 v1
摘要
脉搏血氧仪是一种监测组织氧合水平的 optical 设备。传统上，这些设备通过测量透过组织的透射光强度来估计氧合水平，并被嵌入智能手机和智能手表等日常设备中。然而，这些传感器需要先验信息，并且易受强度中不需要的变化的影响，包括环境光、肤色和运动伪影。先前的实验已显示出飞行时间(ToF)技术在组织血流动力学测量中的潜力。我们提出的技术使用组织内光子飞行路径的直方图来获取组织氧合，而不受光源强度变化的影响。我们的设备基于一个45ps时间数字转换器(TDC)，其实现于Xilinx Zynq UltraScale+现场可编程门阵列(FPGA)、一个CMOS单光子雪崩二极管(SPAD)探测器以及一个低成本紧凑激光源。包括SPAD探测器在内的所有这些组件均采用最新商用技术制造，从而提高了ToF测量的线性度、准确性和稳定性。该概念验证系统尺寸约为10cmx8cmx5cm，通过进一步的系统开发和组件集成具有高度缩小潜力。我们展示了ToF脉冲测量的初步结果，并报告了该设计的工程细节、权衡与挑战。我们讨论了基于ToF的脉搏血氧仪在智能手机和可穿戴设备等日常设备中大规模采用的潜力。
引用
@article{arxiv.2102.13054,
title = {A pulse oximeter based on Time-of-Flight histograms},
author = {Yuanyuan Hua and Konstantinos Bantounos and Aravind Venugopalan Nair Jalajakumari and Alex Turpin and Ian Underwood and Danial Chitnis},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.13054},
year = {2025}
}
备注
submitted to SPIE Photonics West 2021