I n d on e s i an   Jo u r n al   o El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   1 9 ,   N o .   2 A ugus t   20 20 ,   pp .   793 ~ 801   IS S N :   25 02 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 19 .i 2 . pp 793 - 801             793       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i j e e c s . i a e s c or e . c om   T h r e e - w a v e l e n g t h   sy st e m   f o r   p r a c t i c a l   a p p l i c a t i o n   i n   s k i n   o x i m e t r y :   s i m u l t a n e o u s e q u a t i o n w i t h     p r e d i c t i o n - c o r r e c t i o n   a p p r o a c h       A u d r e H u o n g Wan   M ah an i   H a fi z ah   W an   M ah m u d X av i e r   N gu   F a c ul t y   o f   E l e c t r i c a l   a nd   E l e c t r o ni c   E ng i ne e r i ng ,   U ni v e r s i t i   T un   H u s s e i n   O nn   M a l a y s i a ,   M a l a y s i a         A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e F e b   2 ,   20 20   R e v i s e M a r   6,   202 0   A c c e pt e M a r   22 ,   20 20       T hi s   pa p e r   pr e s e n t e t he   u s e   o f   a   t hr e e - w a v e l e ng t h   s y s t e m   c o u pl e d   w i t h     a   pr e di c t i o n - c o r r e c t i o m o de l   f o r   t h e   m e a s ur e m e n t   o f   a   pe r s o n’ s   t i s s u e   o x y g e l e v e l s   a nd  i t he   e ffo r t s   t o w a r ds   t he   de v e l o pm e nt   o f   a   e l d - po r t a b l e   s y s t e m .   T hi s   s t udy   c o ns i de r e l i g ht   w a v e l e ng t o f   m a r ke t - a v a i l a b l e   e m i t t e r s   i t he   r a ng e   500    65 nm   f o r   i t s   pr a c t i c a l   i m p l e m e n t a t i o n .   T hi s   a ppr o a c r e qu i r e t he   us e   o f   l i g ht   a t t e nu a t i o a nd  he m o g l o bi a bs o r p t i v i t y   i nf o r m a t i o o f   t hr e e   di ffe r e n t   w a v e l e ng t hs   i de t e r m i n i ng   t i s s u e   o x y g e s a t ur a t i o v a l ue ,   S t O 2 .   I t   w a s   f o und  t hr o ug t he   a n a l y s i s   o f   r e s ul t s   u s i ng   M o nt e   C a r l o   m e t ho t ha t   c o ns i de r a b l e   i m p r o v e m e nt   i t h e   a c c ur a c y   of   t he   pr e d i c t i o ns   w a s   o bt a i n e us i ng   t h e   c o r r e c t i v e   m o de l s   ( ρ  = 0. 8 74) .   T he   l o w   m e a pr e d i c t i o n   e r r o r s   o f   s i m i l a r   m a g ni t ud e ,   no t   e xc e e d i ng   % ,   g i v e by   t w o   w a v e l e ng t h   c om bi na t i o ns   538 ,   5 60 ,   6 33  nm   a n 5 38,   56 0,   650   nm   w e r e   o bs e r v e f o r   s i g na l s   w i t s i g na l - no i s e   r a t i o   ( S N R )   o f   do w t o   30  dB .   A   s i g ni c a n t   s t a t i s t i c a l   d i e r e nc e   w a s   f o und  be t w e e t he   pr e d i c t i o e r r o r s   a nd  t he   w a v e l e ng t c o m bi na t i o us e unde r   t hi s   no i s e   c o ndi t i o ( ρ   = 0. 011 ) .     T hi s   w o r c o nc l ude t ha t   t h e   nd i ng s   o f   t hi s   s t udy   pr ov i d e   i n s i g ht s   i nt o   t e c hno l o gy   i m pl e m e n t a t i o o f   s ki o xi m e t r y   a nd  t he   po s s i bl e   i m pa c t s   i t   m i g ht   h a v e   i m e di c a l   a r e na .   Ke y w or d s :   C o rr e c t i v e   m o de l   S i m ul t a n e o us   e qua t i o n s   S ki n   o xi m e t r y   T hr e e   w a v e l e n gt h s   T i s s ue   o x y ge n   s a t u r a t i o n   C opy r i gh t   ©   2020   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   A udr e y   H u o n g ,   F a c ul t y   of   E l e c t r i c a l   a n d   E l e c t r o n i c   E n g i n e e r i ng ,     U n i v e r s i t i   T u n   H us s e i O nn  M a l a y s i a   86400  B a t P a h a t ,   J o h o r,   M a l a y s i a .   E m a i l :   a ud r e y @ ut h m . e du. m y       1.   I N TR O D U C TI O N     O x y ge n   i s   a n   i m po r t a n t   e l e m e nt   f o r   l i f e .   A n   i nt e rrupt i o n   i n   t h e   s uppl y   of   o x y g e n   t o   t i s s ue   c e l l s   e s pe c i a l l y   t h a t   i n   h u m a n   b r a i n,   c a n   h a v e   f a t a l   c o n s e que n c e s .   A n   a de qu a t e   s uppl y   o t i s s ue s   w i t h   o x y ge n   c o m pl e m e n t e w i t h   a c t i v e   upt a ke   o n ut r i e nt s ,   a n d   c o upl e w i t h   a   pe r s o n ’s   po s i t i v e   ge n e r a l   ph y s i c a l   a n e n v i r o n m e n t a l   c o n di t i o n s   w o ul pe r m i t   f a v o r a b l e   c e l l   v i a b i l i t y   a n g r o w t h.   T he   i m po rt a n c e   o f   t h e   i n f o rm a t i o o n   t i s s ue   o xy ge n   l e v e l s   i n   m i c r o c i rc u l a t i o n   s y s t e m s   ha s   b e e n   hi g hl i g ht e i n   m a n y   c l i ni c a l   s t u d i e s ,   w h i c i n c l ude   i t s   us e   a s   a   m a rke f o r   c l i ni c a l   a s s e s s m e nt   o f   t i s s ue   v a s c u l a ri z a t i o n   i t h e   re s e a r c o f   t u m o r   [1 a nd   g ra f t   o ut c o m e   [ 2] ,   f o t h e   e v a l u a t i o o f   w o u nd   h e a l i ng   [ 3 ]   a nd   i i nt e r v e nt i o na l   c l i ni c a l   s t ud i e s   [4 ] .     V a r i o us   t e c hn o l o gi e s   e m e r ge d   i n   r e c e n t   y e a r s   t o   de t e r m i n e   t i s s ue   o x y g e n   c o n s um p t i o n   i n   d i e r e n t   s ki n   a r e a s   o f   a   b o d y   (bo t h   h um a n   a n a n i m a l );   t h e s e   i n c l ud e   t h e   us e   o f   pr e s s ur e   o x y ge n   t e n s i o n   t e c hni que ,   o pt o - a c o us t i c   s y s t e m   [5],   n o n - i n v a s i v e   P o s i t r o n   E m i s s i o n   T o m o gr a p h y   (P E T [6 - 7],   s pe c t r o s c o p y   a ppr o a c [8 - 9]  a n a   h y b r i o f   a f o r e m e n t i o n e a pp r o a c h e s   [10].   A m o n t h e s e   t e c hn i que s   o pt i c a l   s pe c t r o s c o p y   i s     a   w i de l y   a do pt e a pp r o a c h   t h a t   ha s   a t t ra c t e i n c r e a s i n a t t e nt i o o w i n t o   t h e   s y s t e m ’s   i nh e r e n t   e xi b i l i t y ,   c os t   e f c i e n c y   a n s i m p l i c i t y   fo r   us e .   T h e   n e xt   n e w   i de a   r e l a t e t o   t hi s   n o n - i n v a s i v e   s y s t e m   i n c l ude s   i t s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   1 9 ,   N o .   2 A ugus t   20 20  :     793   -   801   794   ut i l i t y   fo r   r e a l   t i m e   a ppl i c a t i o n s   w i t h   h i g h   po rt a b i l i t y .   T hi s   i s   v i a b l e   w i t h   a   s y s t e m   e xh i b i t i n f a s t   d a t a   a c qui s i t i o a nd  p r o c e s s i n g   c a pa b i l i t i e s ,   a n d   t hr o ug h   o pt i m a l   de s i g o f   s y s t e m   pa ra m e t e r s .     T h e   c o m m o n   s t r a t e gy   i n   t h e   pr e di c t i o n   o t i s s ue   o x y g e n   s a t u r a t i o n   l e v e l ,   S t O 2 ,   us i n o pt i c a l   s pe c t r o s c o p y   t e c hn i que   i n v o l v e s   de t e c t i o n   o f   l i ght s   o f   di f fe r e nt   w a v e l e n gt h ,   w h i c h   ha v e   s uffi c i e n t l y   pr o pa g a t e i n   t h e   i n v e s t i ga t e m e di um   b e fo r e   b a c ks c a t t e r e f r o m ,   o r   t ra n s m i t t e t hr o ug h,   t h e   t i s s ue   un de r   s t udy .   T h e r e f o r e   t h e   a pp r o p r i a t e   c h o i c e   of   l i ght   w a v e l e n gt h s   t h a t   c a rr y   t h e   m o s t   s i g ni c a n t   i n f o r m a t i o n   i s   of t e n   c o n s i de r e a s   a   ke y   f a c t o r   i n   t h e   de s i gn   o f   a   s p e c t r o s c o p y   s y s t e m .   T h e   e a rl i e s t   a r t e r i a l   b l o o o x y ge n   s a t u ra t i o n   m e a s u r e m e nt   de v i c e   i n v o l v e t h e   us e   of   a   h e a t i ng  pr o b e   f o r   a ppl i c a t i o n   o n   e a r   [ 11].   T hi s   de v i c e   a l l o w e m e a s ur e m e nt   o s i gn a l s   of   r e a n g r e e n   l i g ht s   fo r   t h e   i n t e r p r e t a t i o n   o a rt e ri a l   b l oo o x y g e n a t i o s t a t us .   T hi s   c o n c e pt   of   dua l - w a v e l e n gt h   s pe c t r o m e t r y   i s   a do pt e i n   w o r l dw i de   c l i ni c a l l y   r e c o gn i z e pul s e   o xi m e t e r s   f o r   t h e i r   a pp l i c a t i o n   o n   e xt r e m i t i e s .   D ue   t o   t h e   na t ur e   o c l i n i c a l   t r i a l s   a n e t h i c   po pul a t i o n s   us e i t h e   s a m pl i n o c a l i b r a t i o n   da t a ,   r e l i a b i l i t y   of   pu l s e   o xi m e t e r s   i s   of t e n   a   s ub j e c t   fo r   di s put e   [12 - 13].   T hi s   i s   ow i n t o   i t s   i n c o n s i s t e n c i e s   w h e us e   o i n d i v i dua l s   o f   o t h e e t hn i c   o r i g i n s   o r   u nde h y po xi c   c o n di t i o n s .     M a n y   r e c e n t   i n v e s t i ga t i o n s   ha v e   a dv a n c e f r o m   pul s e   o xi m e t r y   t e c hn o l o g y .   W h i l e   s o m e   a t t e m pt e t o   e l i m i na t e   t h e   us e   o f   c a l i b ra t i o n   d a t a   i n   t h e i p r e di c t i o n ,   o t he r s   i m p r o v e t h e   s y s t e m   a ppl i c a t i o a n d   p r o c e s s   by   a d o pt i n n o n - c o n t a c t   i m a g i n a pp r o a c t o   p r o duc e   t w o - di m e n s i o n a l   i n f o r m a t i o n   o f   S t O 2 .   T h e   l a t t e r   i s   f e a s i b l e   w i t t h e   us e   of   e i t h e r   a   h y pe r s pe c t ra l   o r   m u l t i s p e c t r a l   i m a g i n g   s y s t e m .   E a rl i e r   s t ud i e s   [14 - 15]   de m o n s t r a t e t h e   us e   of   l i gh t s   o f   t hr e e   w a v e l e n gt h s   c a r e f ul l y   c h o s e n   us i n s i m u l a t i o n   r e s ul t s   f o r   o xi m e t r y .   T h e s e   a ut h o r s   a rgue t h a t   a n   i m po r t a n t   f a c t o r   a e c t i n a c c ura c y   of   t h e   pr e di c t i o n   i s   t h e   s u c i e n c y   of   t h e   e m pl oy e m o d e l   i n   de s c r i b i n l i g ht   p r o pa ga t i o b e h a v i o r   i n   a   s c a t t e r i ng - a b s o r b i n g   m e di u m .   S uc h   w o r ks ,   h o w e ve r ,   ha v e   n o t   t a ke n   i n t o   a c c o un t   m a rke t   a v a i l a b i l i t y   a n o t h e r   p r a c t i c a l   a s pe c t s   of   t h e i r   c h o s e n   w a ve l e n gt h s .   O t h e r s   [8 16 - 17 de m o n s t r a t e t h e   us e   o f   m o r e   l i g h t   w a v e l e n gt h   b a n ds   i n   t h e   p r o po s e d   i n f o r m a t i o n   p r o c e s s i n s t r a t e gi e s   t o   i n c r e a s e   t h e   p r e d i c t i o n   a c c ur a c y   a n r o b us t n e s s   o f   t h e   a n a l y s i s   s y s t e m .   T h i s   w a s   f ur t h e r   s uppo r t e by   pr e v i o us   s t udi e s   [18 - 19]  r e v e a l i ng  a   s t r o n l i g h t   r e e c t a n c e   c o n t ra s t   w i t h   t h e   v a r i a b i l i t y   i n   h e m o gl o b i n   a b s o r pt i v i t y   i n   t h e   o pt i c a l   di a g n o s t i c   w i n do w   a c r o s s   v i s i b l e   l i ght   ra n ge   o f   500  t 650  n m .   T h e s e   pr o po s a l s   h a v e ,   h o w e v e r ,   po s e a   gr e a t   s e t b a c i n   t e r m s   o f   e i t h e r   pl a c i ng  a   hi g h   de m a n o t h e   s y s t e m ’s   s pe e pe r f o r m a n c e   o r   i n c r e a s i n g   s y s t e m   c o m pl e xi t y   a nd  b ul k i n e s s .     T h e   a b ove   m e n t i o n e a p p r o a c h e s ,   e a c h   w i t h   t h e i r   o w n   s t r e n g t h s   a n w e a kn e s s e s ,   h a v e   c o n t r i b ut e d   s i g n i c a n t l y   t o   o ur   u n de r s t a n d i n g   o f   m i c r o c i r c ul a t i o n   s y s t e m s .   T h e s e   i m a gi ng  s y s t e m s   a r e   o f t e n   l i m i t e f o r   l a b o r a t o r y   us e ,   s t h e r e   r e m a i n s   a   ga f o r   de v e l o pi n a   l i g ht w e i gh t   a nd  po rt a b l e   de v i c e   f o r   m e a s ur e m e n t   o t i s s ue   o x y ge n   l e ve l   o n   a n y   pa r t s   of   a   h um a n   b o d y .   T h i s   pa pe a i m s   t o   i n v e s t i ga t e   a nd  di s c us s   t h e   f e a s i b i l i t y   of  r e a l i z i n a   e l d - po rt a b l e   de v i c e   fo r   c a l i b r a t i o n - f r e e   a n n o n - i n v a s i v e   i m a gi n o f   t i s s ue   o x y ge n a t i o n   s t a t us   us i n a   t hr e e - w a ve l e n gt h   s y s t e m   w i t h   c o rr e c t i v e   m o de l .   In   t h i s   s t u dy ,   fo r   t h e   r s t   t i m e ,   t h e   o pt i m u m   w a ve l e n gt h s   f o r   s k i n   o xi m e t r y   a r e   c h o s e n   f r o m   t h o s e   t ha t   a r e   r e a di l y   a v a i l a b l e   i m a r ke t .       2.   R ES EA R C H   M ET H O D     2 . 1 .   M o n te   c ar l o   s i m u l ati o n   o l i gh p r o p agati o n     T h i s   s t u dy   b e gi n s   w i t h   s i m u l a t i o n   o f   l i g h t   p r o pa ga t i o n   i n   a   m e di u m   t h a t   e x h i b i t s   s i m i l a r   o pt i c a l   pr o pe rt i e s   a s   h u m a s ki n.   T h e   M o nt e   C a r l o   (M C)   s i m ul a t i o m o de l   [20 w a s   us e h e r e   f o r   t h e   i n v e s t i ga t i o n   w o r due   t o   i t s   kn o w n   b l oo o x y ge n   s a t u r a t i o n   v a l ue   i n   t he   m e di um .   T h e   s i m u l a t i o n   r e s ul t s   f r o m   t hi s   M m o de l   w a s   pr e v i o us l y   s h o w n   t o   b e   i n   go o a gr e e m e n t   w i t h   e xpe r i m e n t a l   da t a   o f   a b s o r b i n g - s c a t t e ri n g   pha n t o m   m e di a   ( r e f e r   t o   [21]   f o r   t h e   de t a i l s ) .   I t hi s   s t u d y ,   hum a n   s k i n   w a s   m o de l e a s   a   t w o - l a y e r e m e di um   w i t h   h o m o ge n e o us l y   di s t r i b ut e s c a t t e r i ng  a n a b s o r b i n c e n t e r s :   t h e   uppe r   l a y e r   w a s   a n   i n ni t e   s l a b   o f   t h i c k n e s s   100   µ m   s upe r i m po s e o n   a   s e m i - i n ni t e   b o t t o m   l a y e r .     W h i l e   t h i s   w o r a s s um e t h e   t w o - l a y e r e m e di um   t o   ha v e   t h e   s a m e   l i g ht   s c a t t e r i ng  p r o pe r t i e s     (i . e .   r e duc e s c a t t e r i n c o e c i e n t ,   µ s s h o w n   i n   F i gu r e   1 ,   t h e   uppe r   l a y e r   w a s   a   h e m o gl o b i n - f r e e   m e di um ,   w h i c h   l i g ht   a b s o r pt i o w a s   e n t i r e l y   by   t h a t   o f   m e l a n o s om e s .   T h e   w a v e l e n gt h   de pe n de n t   m e l a ni n   l i g h t   a b s o r pt i o n,   µ a ( m ) ,   i u n i t s   o f   m m - 1   i s   g i v e n   by   [22]:                                         (1)     w h e r e   l i g ht   w a ve l e n gt h,   λ ,   i s   i n   u ni t s   o f   n m .   T h e   l i g h t   a b s o rpt i o n   i n   t h i s   l a y e r   i s   gi v e n   by   t h e   pr o duc t   of   µ a ( m )   a n v o l um e   f r a c t i o n   o f   m e l a n o s o m e s ,   f v(m el ) ,   w h i c h   w a s   t a k e n   h e r e   a s   %.   T hi s   v a l ue   i s   i n   a g r e e m e nt   w i t t h a t   o f   f a i r   s ki nn e i n di v i du a l s   [20 ].   T h i s   w o r c o n s i de r e d   o x y h e m o gl ob i n ,   H bO 2 ,   a nd  de o x y h e m o gl ob i n,   Hb ,   a s   l i g h t   a b s o r b i ng  h e m o gl o b i n   c o m po n e n t s   i n   t h e   b o t t o m   l a y e r   o f   t h e   m o de l e s y s t e m   f o l l ow i n di s c us s i o n s   o n   t h e   n e gl i gi b l e   l i g h t   a b s o r pt i o n   b y   o t h e c hr o m o ph o r e s   a c r o s s   t h e   c o n s i de r e v i s i b l e   l i g h t   r a nge   i n   h e a l t h y   t i s s ue   [23 - 24] .   L i g ht   a b s o r pt i v i t y   of   t hi s   s e m i - i n ni t e   m e d i um ,   µ a ( b ) ,   i m m - 1   i s   l i n e a rl y   r e l a t e t S t O 2   gi v e by :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N 2502 - 4752       T hr e e - w av e l e n gt h   s y s t e m   f or   pr a c t i c a l   appl i c a t i on   i s k i n   o x i m e t r y s i m ul t ane o us   ( A udr e y   H u ong )   795               (                                     )     (2)     w h e r e   t h e   e xt i n c t i o n   c o e c i e n t ,   ε ,   t o   w h i c h   e a c h   h e m o gl o b i n   c o m po n e n t   r e f e rr e i s   i n di c a t e by   i t s   s ub s c r i p t .   T h e   e xt i n c t i o n   c o e c i e n t s   of   t h e s e   h e m o gl o b i n s   a r e   s h o w n   i n   F i gu r e   w h i l e   t o t a l   (w h o l e   b l oo d)   h e m o gl o b i n   c o n c e n t ra t i o n ,   T ,   w a s   a s s um e a s   268  µ m o l L - 1 .   T h e   w a v e l e n gt h   de pe n de n t   m e l a n i n   l i g ht   a b s o r pt i o n   a nd  S t O 2   de pe n de n t   µ a ( b )   gi v e n   i n   (2)  w e r e   i nt ro duc e i n t o   t h e   uppe r   a n b o t t o m   l a y e r   of   t h e   m o de l e s y s t e m .           F i gu r e   1 .   W a v e l e n g t h   de pe n de n t   o pt i c a l   p r o pe rt i e s   us e i n   s i m ul a t i o n   m o de l .   µ a ( m ) :   m e l a ni n   a b s o r pt i o c oe ff i c i e n t ,   µ s :   r e duc e s c a t t e r i ng  c o e ff i c i e n t ,   H bO 2 :   o x y h e m o g l o b i n ,   Hb :   de o x y h e m o gl ob i n       T h e   S t O 2   i (2)  i s   gi v e n   b y   t h e   pe r c e nt   ra t i o   o f   o x y - t o   t o t a l   h e m o gl o b i n   c o n c e nt r a t i o n .   I t hi s   w o r t h i s   v a l ue   w a s   v a ri e f r o m   30  t o   85  a t   a   s t e o f   %,   pro duc i n c ha n ge s   i n   t h e   o pt i c a l   p r o pe rt i e s   o f   t h e   l o w e r   m e di u m .   T h e   c h o i c e   of   t hi s   r a nge   w a s   b a s e o n   l i t e ra t u r e   n d i n gs   [9 ,   18 - 19]   f o r   t h e   r e po r t e m o s t   pr o b a b l e   t i s s ue   o x y g e n   l e v e l s   de t e r m i n e f o r   di e r e nt   s k i n   r e gi o n s   o f   h um a n s   us i ng  m ul t i s pe c t r a l   a nd  h y pe r s pe c t r a l   s y s t e m s ,   w h i c h   w e r e   us e t o   c a pt ur e   a   s e r i e s   of   da t a   i n   t h e   w a v e l e n gt h   o v i s i b l e   r a n ge .     Si n c e   t h e   s pa t i a l   r e s o l ut i o n   o f   t h e s e   s pe c t r o s c o p y   s y s t e m s   i s   poo r ,   t h e   S t O 2   i s   t h e   a v e r a ge   o t i s s ue   o x y g e n   l e v e l s   i t h e   i m a ge m i c r o v a s c ul a n e t w o r ks .     T h e   l i g ht   s o ur c e   us e i n   t h i s   s i m ul a t i o n   w a s   a n   i n ni t e l y   t hi n   pe n c i l - b e a m   o ph o t o n s   l a u n c h e a t   n o rm a l   i n c i de n c e .   B o t h   t h e   e m i t t e r   a n a nnul a r   de t e c t o r   s how n   i n   F i gu r e   w e r e   pl a c e i n   c o nt a c t   w i t h   t h e   m e di um .   T h e   p r o pa g a t i o n   b e h a v i o r   o f   o n e   m i l l i o n   p h o t o n s   t ra v e l e i n   t hi s   s c a t t e ri n g - a b s o r b i n m e d i um   w a s   t r a c e a n t h e   c ut o   ph o t o n   pa t h l e n g t h   i s   g i v e n   by   1000  m m .   T h e   t i m e   de pe n de nt   di s t r i b ut i o n   o f   ph o t o n s   b a c k - s c a t t e r e a n e xi t e t h e   m e di u m   w i t h i t h e   n u m e ri c a l   a pe r t u r e   o f   t h e   de t e c t o r   w i t h   i nn e r   a n o ut e r   de t e c t i o n   ra d i us   o f   m m   a n m m ,   r e s pe c t i v e l y ,   w a s   r e c o r de d.   A l s o   s h o w n   i n   t hi s   gu r e   i s   a n   e xa m p l e   of  b a n a na - s ha pe l i g ht   p a t h s   i n di c a t i ng  t h e   m o s t   p r o b a b l e   pa t h s   of   ph o t o n s   b e t w e e n   t h e   s o ur c e   a n de t e c t o r   i n   a   t u r b i m e di um .   M e a s u r e m e n t   o f   l i g ht   a t t e n ua t i o n   (O . D . i s   re qui r e i n   t h e   c a l c ul a t i o n   o f   S t O 2 ,   i t   i s   gi v e n   by   t h e   l o ga ri t hm   o f   f r a c t i o n   o f   ph o t o n s   de t e c t e d.           F i gu r e   2 .   L i g ht   t ra n s p o r t   i a   t w o - l a y e r e s ki m o de l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   1 9 ,   N o .   2 A ugus t   20 20  :     793   -   801   796   T h i s   w o r c o n s i de r e a l s o   s t a t i s t i c a l   uc t ua t i o n s   i n   t h e   m e a s ur e s i g n a l s   due   t o   t h e   e xi s t e n c e   of  s y s t e m   n o i s e s   a n m e a s u r e m e n t   u n c e r t a i nt i e s .   F o r   t h i s   p u r p o s e ,   n o r m a l   g a us s i a n   w h i t e   n o i s e   (A W G N w a s   us e a s   t h e   n o i s e   s o ur c e   a n a dde i n   t h e   M s i m u l a t e l i g h t   a t t e nua t i o n   s pe c t r a   t o   ge n e ra t e   n o i s e - e m b e dde d   s i g n a l s   w i t h   S N R   o f   40,   3 a n d   20   dB   us i n g   M A T L A B   (v e r s i o n   2016 a ).       2 . 2 .     S i mu l tan e ou s   e q u ati o n s   s ys te m   T h e   p r e di c t i o n   o f   S t O 2   w a s   v i a   a   l i n e a w a v e l e n gt h   de pe n de nt   l i g h t   a t t e n u a t i o n   e qua t i o n   g i v e n   i (3 ) .   T h i s   e qua t i o n   i s   t h e   a s s um pt i o n   m a de   o n   t h e   r e l a t i o n s h i b e t w e e n   l i g h t   a t t e n u a t i o n,   A ,   a n l i g ht   a b s o r pt i o n,   µ a ,   i a a b s o r b i n g - s c a t t e ri n g   m e di u m .                                  (3)     T h i s   m o de l   i s   e m pi r i c a l l y   r e m o de l e d   f r o m   t h e   w e l l   kn o w n   M o di e L a m b e r t   B e e r   l a w   (M L B L b y   a l l o w i n g   t h e   t e rm   G ,   w hi c i s   o f t e n   t a ke n   a s   s c a t t e ri n de pe n de n t   a t t e n u a t i o n   o s e t ,   t o   v a r y   l i n e a rl y   w i t t h e   w a ve l e n gt h.   T h i s   i s   t o   a pp r o xi m a t e   t h e   r e l a t i v e l y   l i n e a r   c ha n ge s   i n   l i g ht   a t t e n ua t i o n   due   t o   w a ve l e n gt de pe n de nt   l i g ht   s c a t t e r i n g   a nd  m e l a ni n   a b s o r pt i v i t y   s h o w n   i n   F i g u r e   1.   T h e   µ a   i s   g i v e n   i (2)   t o   gi v e   l i g h t   a t t e n u a t i o n   e qu a t i o a s   a   f un c t i o n   o f   S t O 2   T he re   a re   t h re e   u nk no w ns   i ( 3 )   ( i . e .   G d ,   a nd   S t O 2   i µ a ) ,   t hu s   t he   u s e   o f   i nf o rm a t i o o f   t h re e   w a v e l e ng t hs   ( i . e .   λ 1 , λ 2   a nd   λ 3 )   i ( 3 )   s ho w b y   ( 4) - ( 6 )   w o u l d   s u c i e nt l y   p ro v i de   t he   s o l u t i o o f   t he s e   u nk no w ns .                         ( (                                  )                        )      (4)                         ( (                                  )                        )      (5)                         ( (                                  )                        )        (6)     H e r e i n ,   t h e   S t O 2   i s   o b t a i n e by   s o l v i n t h e   s i m ul t a n e o us   e qua t i o n s   s h o w n   by   (4) - (6)  t o   gi v e                                                                                                                                                                                                                   (7)     w h e r e   t h e   s ub s c r i pt   i n   s y m bo l   A   a n ε   de n o t e s   t h e   w a v e l e n gt h   i n de x .   T h e   Δ ε n   i s   gi v e n   b y   s ub t r a c t i n ε Hb n )   f r o m   ε H b O 2 n )   v a l ue .     2 .3   Th r e e - w av e l e n g th   s ys te m   L i ght   a t t e n u a t i o n   a n d   h e m o gl o b i n   l i g ht   a b s o r pt i v i t y   a t   t hr e e   di e r e n t   w a v e l e n gt h s   a r e   r e qu i r e i t h e   pr e di c t i o n   o f   S t O 2   a s   s h o w n   by   (7).   T h i s   s t udy   c o n s i de r e o nl y   l i gh t s   o f   v i s i b l e   w a ve l e n gt h s   i n   t h e   r a n ge   o 500  t o   650  nm ;   t h e   c h o s e n   m a r ke t   a v a i l a b l e   l i g ht   s o ur c e s   of   e i t h e r   c o h e r e n t   o r   n o n - c o h e r e n t   t y p e   e m i t t i n g   l i g ht s   w i t hi n   t hi s   ra n ge   a r e   p r e s e n t e i n   T a b l e   1.   T h e s e   l i g ht   w a ve l e n gt h   v a l ue s   a r e   s e pa ra t e by   a t   l e a s t   10  n m   o f   w a v e l e n gt h   t o   pr e v e n t   o ve r l a ppi ng  o w a ve l e n gt h   ra n ge   due   t o   t h e   b r o a s pe c t r um   o f   i n c o h e r e n t   s o ur c e s .   M e a n w hi l e   t h e   c o h e r e n t   s o u r c e s   l i s t e i T a b l e   ha v e   i rra di a n c e   v a l ue   o f   n o   m o r e   t ha n   1   m W c m - 2   a s   i n   a c c o r da n c e   t o   t h e   m a x i m u m   e xpo s ur e   l i m i t   pe rm i t t e b y   l a s e r   s a f e t y   s t a n da rds .   E a c h   di o de   ha s   p h y s i c a l   di m e n s i o n s   n o t   e xc e e di n 10  m m × 1 m m   a n c u rr e nt   r a t i ng  of   l e s s   t h a n   2 00  m A   f o r   t h e   e a s e   a n p r a c t i c a l   i n t e g r a t i o n   i n t o   po rt a b l e   de v i c e s .     T w e n t y   s e t s   of   t h r e e   w a v e l e n gt h s   c o m b i n e f r o m   t h a t   l i s t e i n   T a b l e   a n a rr a nge i n   n o n - s pe c i c   o r de r   w e r e   e v a l ua t e i n   t e r m s   o f   a c c ur a c y   i n   t h e   p r e di c t i o n s .   U s i n t h e   s i m ul a t i o n   r e s ul t s   o b t a i n e i n   s e c t i o 2. 1 ,   t h e   i n f o r m a t i o n   c o rr e s po n d   t o   e a c h   c o m b i na t i o n   o f   t hr e e   w a ve l e n gt h s   w a s   s ub s t i t ut e i n t o   (7)   t o   c a l c ul a t e   f o r   t h e   r e qu i r e S t O 2   v a l ue .       T a b l e   1 .   S pe c i f i c a t i o n s   o f   t h e   c h o s e n   m a rke t   a v a i l a b l e   l i g ht   s o ur c e s   N u m   P a rt   N o .   (m a n u f a c t u re r)   T y p e   Ce n t e w a v e l e n g t h ,   λ c   (n m )   1   L E D 5 2 5 L   (T h o r l a b s   I n c )   n o n - c o h e r e n t   525   2   L N J 6 4 7 W 8 CRA   ( P a n a s o n i c )   n o n - c o h e r e n t   538   3   L P   T 6 5 5 - Q 1 R2 - 2 5   (O S R A M )   n o n - c o h e r e n t   560   4   L E D 6 0 0 L   (T h o r l a b s   I n c )   n o n - c o h e r e n t   600   5   H L 6 3 1 6 3 D G   (T h o rl a b s   I n c )   c o h e r e n t   633   6   L 6 5 0 P 0 0 7   (T h o rl a b s   I n c )   c o h e r e nt   650     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N 2502 - 4752       T hr e e - w av e l e n gt h   s y s t e m   f or   pr a c t i c a l   appl i c a t i on   i s k i n   o x i m e t r y s i m ul t ane o us   ( A udr e y   H u ong )   797   3.   R ES U LTS   A N D   A N A L Y S I S     T h e   a c c ura c y   of   t h e   S t O 2   v a l ue   de t e r m i n e f r o m   (7 us i ng   i n f o r m a t i o n   o f   e a c h   t hr e e - w a v e l e n gt h   c o m b i na t i o n   w a s   i n v e s t i ga t e d.   F o r   e a s e   o f   v i e w i n g,   t h e   pe r f o r m a n c e   of   ve   c o m b i n a t i o n s   g i v i n t h e   l e a s t   e rr o r   i n   t h e i p r e di c t i o n s   i s   pl o t t e a ga i n s t   t h e   a c t ua l   S t O 2   us e i n   s i m ul a t i o n s   i n   F i g u r e   3 .   T h e   p r e di c t i o n   e rr o r,   Δ S t O 2 ,   i s   gi v e n   by   s ub t r a c t i ng  t h e   e s t i m a t e v a l ue   f ro m   t h a t   us e i n   t h e   s i m ul a t i o n.   T h e   do t t e l i n e ,   dra w n   f o r   r e f e r e n c e ,   i s   t h e   z e r o   l e v e l .           F i gu r e   3 .   E rr o i n   t h e   p r e di c t e S t O 2   v e r s us   t h e   v a l ue   s e t   i s i m ul a t i o n   f o r   t h e   s e l e c t e t hr e e - w a v e l e n gt c o m b i na t i o n s       B a s e o n   t h e   r e s ul t s   i n   F i gu r e   3   w a v e l e n gt h   c o m b i n a t i o n s   of   538,   560  a n { 6 00,   63 3,   65 0} n m ,   w h e r e i n   w a v e l e n gt h   v a l ue   i n s i de   t h e   c url y   pa r e nt h e s e s   i n d i c a t e s   t h e   s e l e c t i o n   o f   e i t h e r   o n e ,   y i e l s i m i l a r e s ul t s   a n d   r e m a rka b l y   l ow e r   e rr o r   i t h e i p r e di c t i o n s .   T h e s e   c o m b i n a t i o n s   o f   w a v e l e n gt h s   p r o duc e a n   a v e r a ge   a b s o l ut e   m e a n   (s t a nda r de v i a t i o n,   S D e rr o r   o f   6. 78(0. 6 4)  % .   F o r   t h e   e a s e   of   a na l y s i s ,   t hi s   s t ud fo c us e o n   t h e   pe r f o r m a n c e   o t h e s e   t hr e e   c o m b i n a t i o n s   fo r   t h e i r   a ppl i c a t i o n   i n   p r a c t i c e .   A   pl o t   of   t h e   pr e di c t e v a l ue s ,   S es t ,   a g a i n s t   t h e   v a l ue   us e i s i m ul a t i o n s ,   S act ,   f o r   t h e s e   c h o s e n   c o m b i n a t i o n s   i s   s h o w n   i F i gu r e   4 .   T h e   r e l a t i o n s hi b e t w e e n   t h e   S es t   a n S ac t   i s   c o n s i d e r a b l y   l i n e a r   f o r   t h e s e   c o m b i n a t i o n s ,   t h us   l i n e a r e g r e s s i o n   m o de l   w a s   us e t o   c o r r e c t   f o r   t h e   p r e di c t e v a l ue .   T h e   b e s t   t t e l i n e a r   r e g r e s s i o n   l i n e   a nd  t h e   r e s i du a l s   o f   t h e   t   (r e p r e s e n t e by   s y m bo l   e fo r   e a c h   w a v e l e n gt h   c o m b i na t i o n   i s   a l s o   s h ow n   i n   t hi s   di a g ra m .   T h e s e   r e g r e s s i o n   e qu a t i o n s   w e r e   us e a s   c o rr e c t i v e   m o de l s   t o   a pp r o xi m a t e   t h e   a c t u a l   S t O 2 .   T h e   i n v e s t i ga t i o n   o f   t h e   pe r f o r m a n c e   of   t hi s   a na l y t i c a l   a p p ro a c h   f o r   p r a c t i c a l   us e   w a s   a c hi e v e b y   c o n s i de r i ng  t e n   s e t s   of   n o i s e - c o r r up t e da t a   o f   di e r e n t   S N R   l e v e l s   di s c us s e i n   s e c t i o n   2. 1 .   T h e   m e a n   (S D )   of   Δ S t O 2   gi v e n   by   t h e   c o r r e c t i v e   m o de l s   fo r   s i g n a l s   w i t h   d i e r e n t   S N R   v a l ue   i s   pl o t t e i n   F i gu r e   5.     T h e   a v e r a ge   of   t h e s e   v a l ue s   i s   c a l c ul a t e a n s u m m a r i z e i T a b l e   2.   T h e   t i m e   t a ke n   f o r   e a c h   p r e d i c t i o n   w a s   a pp r o xi m a t e l y   1. m s .           F i gu r e   4 .   L i n e a r e g r e s s i o n   m o de l   f o r   p r e di c t i o c o r r e c t i o n   f o r   e a c h   w a v e l e n gt c o m b i n a t i o n.     e :   F i t t i n g   r e s i du a l s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   1 9 ,   N o .   2 A ugus t   20 20  :     793   -   801   798       F i gu r e   5 .   T h e   c a l c u l a t e d   e rr o r   i t h e   p r e d i c t i o c o rr e c t e v a l ue s   fo r   ( a ` n o i s e l e s s '   M d a t a ,   a nd  n o i s e - c o r r up t e d a t a   w i t S N R   o f   ( b 40  dB   (c 30  dB   ( d)  2 dB       T a b l e   2 .   M e a n   (s t a n d a r de v i a t i o n,   S D o f   a b s o l ut e   e r r o r   i n   t h e   p r e d i c t i o c o rr e c t e v a l ue s   f o r   t e n   s e t s   o f   s i m ul a t i o da t a   c o rr up t e w i t h   di f f e r e n t   n o i s e   l e v e l s   W a v e l e n g t h   c o m b i n a t i o n   N o i s e l e s s   S i g n a l   S N R   4 0   d B   3 0   d B   2 0   d B   5 3 8 ,   5 6 0 ,   6 0 0   n m   5 . 5 4   %   5 . 2 0   (3 . 2 1 %   6 . 2 4   (1 0 . 3 1 %   1 0 . 5 2   (2 8 . 2 3 %   5 3 8 ,   5 6 0 ,   6 3 3   n m   0 . 7 7   %   1 . 0 8   (3 . 5 2 %   3 . 7 1   (1 1 . 3 1 %   9 . 8 5   (3 0 . 9 4 %   5 3 8 ,   5 6 0 ,   6 5 0   n m   0 . 5 0   %   0 . 9 9   (3 . 5 6 %   3 . 6 5   (1 1 . 4 3 %   9 . 8 9   (3 1 . 2 8 %       T h e   di e r e n c e   i n   t h e   r e s ul t s   s h o w n   i n   F i gu r e   a n F i gur e   5 (a w a s   t e s t e fo r   i t s   s t a t i s t i c a l   s i g n i c a n c e   us i n a   t w o - t a i l e pa i r e s a m p l e   t - t e s t   (S P S S   22 ,   I n c . ,   C h i c a go ,   Il l i n o i s w i t h   c o n de n c e   l e v e l   of  95  %.   T h i s   s t a t i s t i c a l   t e s t   r e v e a l e a   s i g n i c a n c e   v a l ue   of   ρ   =   0. 874.   T h e   s t a t i s t i c a l   c o m pa ri s o n   i n   t h e   m a g ni t u de   o f   e r r o r s   de pe n d i n o n   t h e   w a v e l e n gt h   c o m b i na t i o n   us e w a s   a l s o   pe r f o r m e us i n g   A N O V A   t e s t   fo r   s i g na l s   w i t h   di e r e nt   n o i s e   l e v e l s .   T h e   r e s ul t s   r e v e a l e a   s t r o n c o rr e l a t i o n   w i t h   ρ  0. 000  b e t w e e n   t h e   c o n s i de r e w a v e l e n gt h   c o m b i na t i o n   a n Δ S t O 2   f o r   b o t h   n o i s e l e s s   s i gna l s   a n s i g n a l s   w i t h   S N R   o f   40  dB .   W h i l e   a   w e a a s s oc i a t i o n   ( ρ  0. 011)  w a s   f o un fo r   t h e   r e l a t i o n s h i b e t w e e n   t h e   w a ve l e n gt h s   us e a nd  t h e   c a l c ul a t e e rr o r s   f o r   s i gna l s   w i t h   S N R   of   30  d B ,   n o   s i gni c a n c e   i n   t h i s   r e l a t i o n s hi w a s   s e e n   f o r   s i gn a l s   ha v i ng  S N R   v a l ue   o f   20  dB   ( ρ  0. 561) .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N 2502 - 4752       T hr e e - w av e l e n gt h   s y s t e m   f or   pr a c t i c a l   appl i c a t i on   i s k i n   o x i m e t r y s i m ul t ane o us   ( A udr e y   H u ong )   799   4.   DISCUSSIO N   R e fe rr i n t o   F i gur e   3,   i t   i s   i nt e r e s t i ng  t o   n o t e   t ha t ,   b o t h   53 8,   560 ,   633  n m   a n 538 ,   560 ,   650  n m   c o m b i na t i o n s   p r o duc e l ow   e rr o r   a t   S t O 2   o f   50  %,   w h e r e a s   538,   56 0,   60 n m   s h o w e t h e   s a m e   a t   S t O 2   o a r o un 60  % .   A n   i n v e s t i g a t i o n   i nt o   t h e   l i g ht   a b s o r pt i v i t y   o f   h e m o gl o b i n s   a t   t h e s e   w a v e l e n gt h s   r e v e a l e t h a t   l i g ht   a b s o r pt i o n   a t   w a v e l e n gt h   538  nm   a n 5 60  nm   i s   s t r o n g l y   d o m i n a t e b y   H bO 2   a n Hb ,   r e s pe c t i v e l y .   M e a n w hi l e   t h e   l i g ht   a b s o r pt i v i t y   by   t h e s e   h e m o gl o b i n   c o m po n e n t s   i s   r e l a t i v e l y   c o n s i s t e n t   a t   w a v e l e n gt h   633   nm   a n 6 50  nm .   T hi s   y i e l ds   a   s i m i l a r   pe r f o r m a n c e   i t h e i p r e di c t i o n s .   W hi l e   t hi s   w o r o b s e r v e a unde r e s t i m a t i o n   i t h e   v a l ue   p r e di c t e us i n t h e s e   c o m bi n a t i o n s   i h i g S t O 2   r e g i o n s ,   t h e   v a l ue   w a s   a pp r e c i a b l y   ov e r e s t i m a t e u n de r   l o w   S t O 2   c o n di t i o n s .   T h e   e rr o r   i n c r e a s e i a   c o n s i de ra b l y   l i n e a m a nn e r   f r o m   S t O 2   o f   a r o und  50 - 60  t o w a r ds   b o t h   e n ds   o f   t h e   ra n ge .   T h e   m a i n   f a c t o r   c o n t ri b ut i n t o   t h e s e   di s c r e pa n c i e s   i s   t h e   a s s um pt i o n   m a de   o t h e   l i n e a r   µ a   a n d   l i g ht   a t t e n u a t i o n   r e l a t i o n s h i p.   E v e n   t h o ug h   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   M L B L   w a s   e nh a n c e b y   i n c o r po r a t i ng  t h e   w a ve l e n gt h   v a r y i n g   t e r m   (i . e .   )   i (3) ,   t h i s   ha s   o n l y   l oo s e l y   r e pr e s e nt e t h e   w a v e l e n gt h   de pe n de n t   s c a t t e ri n a n m e l a ni n   a b s o r pt i o n   e e c t s   s h o w n   i n     F i gu r e   1.   T hi s   e rr o i s   f u r t h e a c c e n t u a t e w i t t h e   po o r   a s s u m pt i o n   o f   t h e   v a r i a b l e   d ,   w hi c i s   t a ke h e r e   a s   a   c o n s t a n t .   P h o t o n   p a t hl e ngt h   i n   a   di us i v e   m e di um   i s   a   n o n l i n e a r   f un c t i o n   o f   l i g h t   a b s o r pt i o n   a nd  s c a t t e r i ng,   bo t o f   w h i c h   v a r i e d   i n d e pe n de n t l y   w i t l i g h t   w a v e l e n gt h.     It   i s   e n c o ur a g i n t o   ob s e r ve   t h a t   t h e   us e   of   c o r r e c t i v e   m o d e l s   ob t a i n e f r o m   t h e   r e s ul t s   s h o w n   i F i gu r e   s h o w e pr o m i s i n r e s ul t s   by   s i gn i c a nt l y   r e duc i ng   e rr o r   i n   t h e   p r e di c t i o n s   s h o w n   by   F i gur e   5(a ( ρ   =   0. 874) .   B o t h   538 ,   56 0,   6 33  nm   a nd  538 ,   56 0,   6 50  nm   c om b i na t i o n s   p r o duc e l o w   e r r o r s   u n de r   m o de r a t e   n o i s e   c o n di t i o n s   a s   c o m pa r e t o   538,   560,   600  nm   c o m b i na t i o n .   T hi s   s t a t i s t i c a l   s i g n i c a n c e   i s   e v i de n c e   w i t t h e   c a l c ul a t e ρ   =   0. 011  b e t w e e n   t h e   c a l c ul a t e e rr o r   a n w a v e l e n gt h s   us e f o r   s i gna l s   w i t h   S N R   of   30  dB .   B a s e o n   t h e   c o m pa r a t i v e l y   l a r ge r   n o r m   o f   r e s i dua l s   o f   1. 91  f o r   t h e   l a t t e c o m b i n a t i o n   s h o w n   i F i gu r e   4 ,   t h e s e   ob s e r v e e r r o r s   a r e   l i ke l y   a t t ri b ut a b l e   t o   t h e   w e a r e pr e s e n t a t i o n   o f   t h e   r e l a t i o n s h i p   b e t w e e n   t h e   S act   a nd  S es t   us i n t h e   de duc e m o de l .   N o n e t h e l e s s   bo t h   t h e   a v e ra g e   m e a n   a n v a r i a t i o n   o f   a b s o l ut e   e r r o r s   o f   t h e   fo r m e r   t w o   c o m b i n a t i o n s   a r e   f o un t o   i n c r e a s e   w i t h   t h e   s i g na l   n o i s e   l e v e l   a s   s h ow n   by   T a b l e   2,   b r i ngi n t h e   v a l ue s   c l o s e r   t t h a t   gi v e n   by   538,   560,   600  n m   c o m b i n a t i o n   ( ρ   = 0. 561 ).   T h e   i n c r e a s e   w a s   m o r e   s u b s t a nt i a l   i t h e s e   t w o   c o m b i n a t i o n s ,   s ugge s t i ng  t ha t   t h e   e m p l oy e c o r r e c t i v e   m o de l s   a r e   l i ke l y   t o   be c o m e   unr e l i a b l e   unde r   h e a v y   n o i s e   c o n di t i o n s .   I t   m us t ,   h o w e v e r ,   b e   m e n t i o n e t h a t   t h e s e   e rr o r s   m a y   be   m i ni m i z e us i n e i t h e a v e ra gi ng  o f   m o r e   s c a n s   o r   b y   a do pt i n g   a   p r e - p r o c e s s i n g   n o i s e   r e duc t i o s y s t e m .     T h e   t e c hn o l o g y   r e a l i z a t i o o f   s ki n   o xi m e t r y   a l s o   r e qui r e s   a t t e n t i o n   o n   t h e   s t a b i l i t y   o f   t h e   e m i t t e r s   a n s l e w   r a t e   of   o pt i c a l   c i r c ui t ;   t hi s   i s   b e c a us e   c h a n g i n o f   i l l u m i na t i o n   w a v e l e n gt h   i n   a   s e que nt i a l   o r de r   i s   n e c e s s a r y   fo r   m e a s ur e m e n t   o f   l i gh t   a t t e n u a t i o n   n e e de i t h e   e s t i m a t i o n   of   t h e   r e qui r e v a l ue .   T h e   f a s t   r e s po n s e   t i m e   o f   de t e c t i o n   s y s t e m   i s   e ve n   m o r e   c r uc i a l   f o r   r e a l   t i m e   a ppl i c a t i o n s .   E v e n   t h o ug h   t h i s   s t udy   e v a l ua t e t h e   r o b us t n e s s   of   t h e   pr o po s e a n a l y t i c a l   s t r a t e gy   by   c o n s i de r i ng  s i g n a l s   w i t h   d i e r e n t   S N R   v a l ue s   (i . e .   do w n   t o   20  dB ),   t y pi c a l   l o w   c o s t   t w o - di m e n s i o na l   c a m e r a s   a b l e   t o   pr o duc e   a   s i g na l   S N R   of  a pp r o xi m a t e l y   30  -   40  dB ,   w h i c h   i s   gr e a t e r   t h a n   t h a t   c o n s i de r e h e r e .   T h i s ,   t h e r e fo r e ,   r e l a xe s   t h e   t e c hn i c a l   r e qui r e m e nt   i n   t h e   l i g h t   de t e c t i o n   s y s t e m .   O t h e r   a s pe c t s   t o   c o n s i de r   i n c l ude   i nt e g r a b i l i t y   of   l i g h t   s o ur c e s   a n d   de t e c t o r   i n   a   h o l l o w   h o us i n t o   pr o v i de   a   da r k   e n v i r o nm e n t   fo r   po rt a b l e   m e a s u r e m e n t   o f   s ki n   o x y ge n a t i o n .   T h i s   da rk  c h a m b e r   i s   n e c e s s a r y   t o   m i ni m i z e   t h e   e e c t s   of  s t r a y   l i ght s   t h a t   m a y   a e c t   t h e   m e a s ur e l i g ht   r e e c t a n c e .   E v e n   t h o ug h   t h e   us e   of   t h i s   p r o po s e a ppr o a c h   i s   f e a s i b l e   for   r e a l   t i m e   s y s t e m   i m pl e m e n t a t i o n   w i t a v e r a ge   p r o c e s s i n t i m e   o f   1. m s ,   t h i s   i s   a t   t h e   p ri c e   of   po o r e r   pe r f o r m a n c e   s t a b i l i t y .   By   i n c r e a s i n g   t h e   c o m pl e xi t y   of   t h e   a na l y t i c   m o de l ,   f o r   e xa m p l e   t hr o ug h   t h e   a de qua t e   r e p r e s e n t a t i o n   o f   n o n - l i n e a r   µ a   a n l i g ht   a t t e n u a t i o n   r e l a t i o n s h i [ 20 - 25] ,   t h e   a c c ur a c y   of   t h e   p r e di c t i o n   c o ul b e   i m pr o v e d.   S uc h   s y s t e m ,   h o w e v e r ,   r e qui r e s   t h e   us e   of   a   m o r e   a dv a n c e pr o c e s s i n s t ra t e gy   i nvo l v i n m o r e   l i g h t   w a v e l e n gt b a n ds ,   p l a c i ng  a   hi g h e r   de m a n o n   t h e   p r o c e s s i n po w e r .   T h i s   a l t e rna t i v e   a l s o   r e qui r e s   a   m o r e   c o m pl e a r c h i t e c t ur e   de s i g n   of  a   po r t a b l e   de v i c e .       5.   C O N C LU S I O N     T h i s   w o r de m o n s t ra t e t h e   po s s i b i l i t y   o f   us i n a   t hr e e - w a v e l e n gt h   s y s t e m   fo r   po rt a b l e   a nd  r e a l   t i m e   m e a s u r e m e n t   o f   s ki n   o xy g e n   l e v e l s .   It   w a s   f o un t ha t   t h e   o pt i m u m   t hr e e   w a v e l e n gt h s   c o m pri s e of  t h o s e   t h a t   ha v e   di s t i n c t i v e   f e a t ur e s   i n   t h e   h e m o gl o b i n   l i g ht   a b s o r pt i v i t y .   W a v e l e n gt h s   c o m b i na t i o n s   538 ,   56 0,   633  nm   a n 53 8,   560 ,   650  nm   w e r e   fo un t o   pr o duc e   r e l a t i v e l y   s i m i l a r   pe r f o r m a n c e s   a n c o n s i de ra b l y   l o w   e rr o r   i n   t h e i r   p r e di c t i o n s   u n de r   m o de ra t e   n o i s e   c o n di t i o n s .   T h e   n d i n gs   o f   t h i s   s t udy   c a n   b e   t r a n s l a t e i nt o   t e c hn o l o g y   t ha t   w o ul e xe r t   a   po s i t i v e   i m p a c t   o n   d i a g n o s t i c   t oo l s   a n d   r e de n e   h e a l t m a na ge m e n t   s y s t e m s .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   1 9 ,   N o .   2 A ugus t   20 20  :     793   -   801   800   A C K N O WL ED G E M EN TS   W e   w o ul l i ke   t o   e xpr e s s   o ur   gra t i t ude   t o   M i ni s t r y   of   E duc a t i o n   M a l a y s i a   (G ra n t   n o .   F R G S   1581   a n P R G S   K 038)   a n U n i v e r s i t i   T u n   H us s e i n   O nn   M a l a y s i a   (T IE R   gra nt   n o .   H 223)  fo r   i n   pa r t   f i n a n c i a l   s uppo r t   f o r   t h e   s t udy .       R EF ER EN C ES   [ 1]   M .   W e l t e r ,   T .   F r e dr i c h,   H .   R i n n e be r g   a nd   H .   R i e g e r ,   C o m put a t i o na l   m o de l   f o r   t um o r   o xy g e na t i o a pp l i e t o   c l i ni c a l   da t a   o br e a s t   t um o r   he m o g l o bi c o nc e nt r a t i o ns   s ug g e s t s   v a s c ul a r   d i l a t a t i o a nd  c o m pr e s s i o n ,   P L O O N E ,   v o l .   11 ,   pp.   1 - 42 ,   201 6.     [ 2 ]   P . K .   U p p u t u r i ,   K .   S i v a s u b r a m a n i a n ,   S . K .   C h o n g   a n d   M .   P r a m a n i k ,   R e c e n t   d e v e l o p m e n t s   i n   v a s c u l a r   i m a g i n g   t e c h n i q u e s   i n   t i s s u e   e n g i n e e r i n g   a n d   r e g e n e r a t i v e   m e d i c i n e ,   B i o M e d   R e s e a r c h   I n t e r n a t i o n a l ,   v o l .   2 0 1 5   p p .   1 - 1 0 ,   2 0 1 5 .     [ 3]   C . K .   S e n,   S .   G ha t a k ,   S . C .   G ny a w a l i ,   S .   R oy   a nd  G . M .   G o r d i l l o ,   C ut a ne o us   i m a g i ng   t e c hno l o g i e s   i a c ut e   bu r n   a nd  c h r o ni c   w o und  c a r e ,   P l a s t   R e c on s t r   Sur g . ,   v o l . 1 38,   p p.   1 - 20 ,   2 016.     [ 4]   L .   M e ng ,   F .   S e t t e c a s e ,   J .   X i a o ,   Z .   Y u ,   A . M .   F l e xm a n   a nd  R . T .   H i g a s hi da ,   I ni t i a l   c l i ni c a l   e xp e r i e nc e   w i t n e a r - i nf r a r e s pe c t r o s c o p y   i a s s e s s i ng   c e r e br a l   t i s s u e   o x y g e s a t ur a t i o i c e r e br a l   v a s o s p a s m   be f o r e   a nd  a f t e r   i n t r a - a r t e r i a l   v e r a p a m i l   i n j e c t i o n,   A I P :   R e v i e w   of   Sc i e n t i fic   I n s t r um e nt s ,   v o l . 13,   pp .   1 - 1 2,   19 42.     [ 5]   I . Y .   P e t r o v ,   R . A .   F o ns e c a ,   C . J .   R i c ha r ds o n ,   Y .   P e t r o v ,   D . S .   P r o ug h,   A .   P e t r o v ,   K . E .   W y nne ,   S .   W e s t e r m a nn   a nd   R . O .   E s e na l i e v ,   M o ni t o r i ng   c e r e br a l   v e no u s   bl o o o x y g e na t i o i ne o na t e s   w i t a   m e di c a l - g r a de   o pt o a c o us t i c   s y s t e m ,   in   P r oc .   SP I E   93 23:   P hot o ns   P l us   U l t r a s ou nd:   I m ag i ng   a nd  Se ns i ng ,   v o l . 9323 ,   pp .   1 - 5,   20 15.     [ 6]   S . G .   D e m o s ,   A . J .   V o g e l   a n A . H .   G a n dj ba khc he ,   A dv a nc e s   i o pt i c a l   s pe c t r o s c o p y   a nd  i m a g i ng   of   br e a s t   l e s i o ns ,   J   M am m ar y   G l and   B i ol   N e opl as i a ,   v o l . 11 ,   pp . 16 5 - 181,   2 0 06.     [ 7]   H .   I t o ,   I .   K a nno ,   H .   I i da ,   J .   H a t a z a w a ,   E .   S h i m o s e g a w a ,   H .   T a m u ra   a n T .   O k ude r a ,   A r t e r i a l   f r a c t i o o f   c e r e b r a l   bl o o v o l um e   i n   hum a ns   m e a s u r e d   by   po s i t r o e m i s s i o t o m og r a p h y ,   A nn  N u c l   M e d ,   v o l .   15 ,   pp .   111 - 6 ,   2 001 .     [ 8]   C .   H s u ,   S .   T z e ng ,   C .   Y a ng ,   J . Y .   L e e ,   L . L .   H ua ng ,   W .   C h e n ,   M .   H ug he s ,   Y .   C he n,   Y .   L i a o   a nd   S .   T s e ng ,   N o n - i nv a s i v e   e v a l ua t i o o f   t he r a pe ut i c   r e s po ns e   i ke l o i s c a r   u s i ng   di f f us e   r e e c t a nc e   s pe c t r o s c o p y ,   B i om e d i c a l   O pt i c s   E x p r e s s ,   v o l .   6 ,   p p.   39 0 - 404 ,   2 015 .     [ 9]   A .   H uo ng ,   S .   P hi l i m o a nd   X .   N g u,   M u l t i s pe c t r a l   i m a g i ng   o f   a c ut e   w o und  t i s s ue   o xy g e na t i o n,   J our nal   of   I nno v at i v e   O pt i c a l   H e al t S c i e nc e s ,   v o l . 1 0,   pp . 17 5000 41 - 8,   20 17 .     [ 10]   A .   B e c k e r ,   M .   M a s t h o f f ,   J .   C l a u s s e n ,   S . J .   F o r d ,   W .   R o l l ,   M .   B u r g ,   P . J .   B a r t h ,   W .   H e i n d e l ,   M .   S c h a f e r s ,   M .   E i s e n b l a t t e r   a n d   M .   W i l d g r u b e r ,   M u l t i s p e c t r a l   o p t o a c o u s t i c   t o m o g r a p hy   o f   t h e   h u m a n   b r e a s t :   c h a r a c t e r i s a t i o n   o f   h e a l t h y   t i s s u e   a n d   m a l i g n a n t   l e s i o n s   u s i n g   a   h y b r i d   u l t r a s o u n d - o p t o a c o u s t i c   a p p r o a c h ,   E u r   R a d i o l .   v o l .   2 8 ,   n o .   2 ,   p p .   602  - 6 0 9 ,   2 0 1 8 .     [ 11]   G . A .   M i l i k a n ,   T he   O x i m e t e r ,   a i ns t r um e n t   f o r   m e a s ur i ng   c o nt i nuo us l y   t he   o x y g e s a t ur a t i o o f   a r t e r i a l   b l o o i m a n,   R e v i e w   of   S c i e nt i f i c   I ns t r um e n t s ,   v o l .   13 ,   pp.   1 - 7 ,   1942 .     [ 12]   M .   N i t z a n,   S .   N o a c h,   E .   T o ba l ,   Y .   A da r ,   Y .   M i l l e r ,   E .   S h a l o m   a nd  S .   E ng e l be r g ,   C a l i b r a t i o n - F r e e   P ul s e   O xi m e t r y   ba s e o t w o   w a v e l e ng t hs   i t h e   I nf r a r e -   A   p r e l i m i na r y   s t udy ,   Se ns or s ,   v o l .   14,   no .   4 ,   pp.   7 420 - 743 4,   20 14 .     [ 13]   G . D .   P e r k i n s ,   D . F .   M c A ul e y ,   S .   G i l e s ,   H .   R o ut l e d ge   a nd  F .   G a o ,     D o   c ha ng e s   i p ul s e   o xi m e t e r   o x y g e s a t ur a t i o pr e d i c t   e qu i v a l e nt   c ha ng e s   i a r t e r i a l   o xy g e s a t ur a t i o n? ,   C r i t i c a l   C ar e ,   v o l . 7 ,   pp .   6 7 - 71,   2 003 .     [ 1 4 ]   M . H .   S m i t h ,   O p t i m u m   w a v e l e n g t h   c o m b i n a t i o n s   f o r   r e t i n a l   v e s s e l   o x i m e t r y ,   A p p l i e d   O p t i c s v o l .   3 8 ,   p p .   2 5 8 - 2 6 7 ,   1 9 9 9 .     [ 15]   A .   H u o n g ,   I . M .   S t o c kf o r d,   J . A .   C r o w e   a nd  S . P .   M o r g a n,   I nv e s t i g a t i o o f   o pt i m um   w a v e l e ng t hs   f o r   o xi m e t r y ,   i P r oc e e di ngs   o f   SP I E :   O SA   B i om e di c a l   O pt i c s ,   v o l .   7368 ,   pp .   1 - 7,   2 009.     [ 16]   N .   R a j a r a m ,   T .   N g u y e n   a nd  J . W .   T unn e l l ,   L o o ku t a bl e   b a s e i nv e r s e   m o de l   f o r   de t e r m i ni ng   o pt i c a l   pr o pe r t i e s   o f   t ur bi d   m e di a ,   J our nal   o f   B i om e d i c a l   O pt i c s ,   v o l .   1 3,   pp .   050 5011 - 3,   200 8.     [ 17]   X .   Z ho ng ,   X .   W e n   a n D .   Z hu ,   L o o kup - t a bl e - ba s e i nv e r s e   m o de l   f o r   hum a s k i r e e c t a nc e   s pe c t r o s c o p y :   t w o - l a y e r e d   M o nt e   C a r l o   s i m u l a t i o ns   a nd   e xp e r i m e n t s ,   O p t i c s   E x p r e s s ,   v o l .   22 ,   pp . 18 52 - 1864 ,   201 4.     [ 18]   T .   C he n ,   P .   Y ue n ,   M .   R i c ha r d s o n,   Z .   S he   a nd  G .   L i u ,   W a v e l e ng t a nd  m o de l   s e l e c t i o f o r   h y pe r s pe c t r a l   i m a g i ng   o f   t i s s ue   o x y g e s a t u r a t i o n,   T he   I m ag i ng   Sc i e nc e   J o ur n al ,   v o l .   63 ,   pp.   1 - 7,   2 015 .     [ 19]   K . A .   F i r n   a nd  B .   K ho o be hi ,   N o ni nv a s i v e   M ul t i s pe c t r a l   s na p s ho t   i m a g i ng   s y s t e m   t o   m e a s ur e   a n m a t h e   di s t r i bu t i o o f   hum a r e t i n a l   v e s s e l   a nd   t i s s ue   he m o g l o bi o xy g e s a t u r a t i o n,   I nt e r nat i on al   J o ur na l   of   O ph t ha l m i c   R e s e ar c h ,   v o l .   1 ,   pp .   48 - 58 ,   2 015 .     [ 20]   A .   H uo n g   a nd   X .   N g u.   T he   a ppl i c a t i o o f   e xt e nd e m o di e L a m be r t   B e e r   m o de l   f o r   m e a s ur e m e nt   o f   bl o o d   c a r bo x y he m og l o bi a nd  o x y he m og l o bi s a t ur a t i o n,   J our n al   o f   I nno v a t i v e   O pt i c al   H e al t Sc i e nc e s ,   v o l . 7 ,   pp.   14500 2641 - 7 ,   2014 .     [ 2 1 ]   A .   H u o n g ,   S p e c t r o s c o p i c   a n a l y s i s   o f   s c a t t e r i n g   m e d i a   v i a   d i f f e r e n t   q u a n t i c a t i o n   t e c h n i q u e s :   U n i v e r s i t y   o f   N o t t i n g h a m ,   2 0 1 2 .     [ 22]   I . V .   M e g l i n s k i   a n S . J .   M a t c h e r ,   Q u a n t i t a t i v e   a s s e s s m e n t   o f   s k i l a y e r s   a bs o r p t i o a n s k i r e e c t a nc e   s p e c t r a   s i m u l a t i o n   i n   t h e   v i s i b l e   a nd   n e a r - i nf r a r e d   s pe c t r a l   r e g i o ns ,   P h y s i o l .   M e as u r e m e n t ,   v o l .   23 ,   no .   4 ,   p p .   74 1 -   75 3 ,   20 0 2 .     [ 23]   L .   M e ng ,   W . W .   M a n t u l i n,   B . S .   A l e xa n de r ,   A . E .   C e r u s s i ,   B . J .   T r o m be r g ,   Z .   Y u,   K .   L a ni ng ,   Z . N .   K a i n ,   M .   C a nne s s o n   a nd  A . W .   G e l b ,   H e a d - up  t i l t   a n hy pe r v e n t i l a t i o p r o duc e   s i m i l a r   c ha ng e s   i c e r e br a l   o xy g e na t i o a nd   bl o o vo l um e :   a o bs e r v a t i o na l   c o m pa r i s o s t u dy   us i ng   f r e qu e n c y - dom a i n e a r   i nf r a r e d   s p e c t r o s c o p y ,   C an  J   A ne s t h . ,   v o l .   5 9,   pp .   357 - 36 5,   20 12 .     [ 24]   D .   Y i m ,   G . V . G .   B a r a no s k i ,   B . W .   K i m m e l ,   T . F .   C he n   an d   E .   M i r a nda ,   A   c e l l - b a s e l i g ht   i n t e r a c t i o m o de l   f o r   hum a n   bl o o d,   E u r ogr aph i c s ,   v o l .   3 1,   pp .   845 - 85 4,   20 12 .     [ 25]   V . M .   N i e m e i j e r ,   R . F .   S pe e ,   J . P .   J a ns e n,   A . B . C .   B u s ke r m o l e n ,   T . V .   D i j k ,   P . F . F .   W i j n   a nd   H . M . C .   K e m p s ,   T e s t   r e t e s t   r e l i a b i l i t y   o f   s ke l e t a l   m us c l e   o x y g e na t i o m e a s u r e m e n t s   du r i ng   s ubm a x i m a l   c y c l i ng   e xe r c i s e   i pa t i e nt s   w i t h   c hr o ni c   he a r t   f a i l u r e ,   C l i n   P hy s i ol   F unc t   I m ag i ng ,   v o l .   37 ,   pp .   6 8 - 78,   20 17.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N 2502 - 4752       T hr e e - w av e l e n gt h   s y s t e m   f or   pr a c t i c a l   appl i c a t i on   i s k i n   o x i m e t r y s i m ul t ane o us   ( A udr e y   H u ong )   801   B I O G R A P H I ES   O F   A U T H O R S         A u d r e y   H u o n g   i s   a   s e n i o r   r e s e a r c he r   a n A s s o c i a t e   P r o f e s s o r   a t   U ni v e r s i t i   T un  H u s s e i O nn   M a l a y s i a .   H e r   r e s e a r c i n t e r e s t s   i nc l ud e   no ni nv a s i v e   phy s i o l o gy   m o ni t o r i ng   o f   hum a he a l t h ,   t e c hno l o gy   de v e l o pm e nt   a nd  a r t i f i c i a l   i n t e l l i g e nc e   a s s i s t e d   c l i ni c a l   di a g no s i s .         Wan   M ah a n i   H a f i z ah   w a s   bo r i K u a l a   L um pur ,   M a l a y s i a   i 1987 .   S h e   r e c e i v e h e r   B . E .   de g r e e   i n   b i o m e di c a l   e ng i n e e r i ng   f r o m   U ni v e r s i t i   T e kno l o g i   M a l a y s i a ,   M a l a y s i a ,   i n   200 9,   a n d   l a t e r   he r   P hD   de g r e e   i b i o m e di c a l   e ng i n e e r i ng   f r o m   t he   s a m e   uni v e r s i t y   i 2013.   I 2014,   s h e   s t a r t e j o i ni n g   t he   D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r o ni c   E ng i ne e r i ng ,   U ni v e r s i t i   T un  H u s s e i O n M a l a y s i a ,   a s   a   l e c t u r e r .   H e r   c ur r e n t   r e s e a r c i n t e r e s t s   i nc l u de   u l t r a s o und  i m a g i ng ,   m e di c a l   i m a g e   pr o c e s s i ng ,   a nd  c o m put e r   a i de d   s y s t e m ,   a s   w e l l   a s   t e l e m e d i c i ne   a nd   r e ha b i l i t a t i o n.           X av i e r   N gu   i s   a   s e n i o r   l e c t u r e r   a t   U n i v e r s i t i   T u H u s s e i O n M a l a y s i a .   H i s   r e s e a r c i n t e r e s t s   i nc l u d e   e l e c t r o s t a t i c   d i s c h a r g e   p r o t e c t i o n ,   e l e c t r o m a g ne t i c   c o m pa t i b i l i t y   a n d   b i o m e d i c a l   i m a g i ng .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.