利用慣性頻率減少生理指標誤差的製造方法與工藝
2023-06-02 00:20:26
利用慣性頻率減少生理指標誤差
背景技術：
個人健康監視器通過使用戶監視在運動、田徑運動訓練、休息、日常生活活動、理療等過程中的心率或者其它的生理信息從而為用戶提供監測他們的整體健康和健身的能力。由於這些裝置變得越來越小和越來越具有便攜性，它們變得越來越流行。心率監視器為個人健康監視器的一個例子。普通類型的心率監視器使用了胸帶，該胸帶包括用於從心臟檢測肌肉動作電位的表面電極。因為該表面電極提供了相對的無噪聲信號，使用了表面電極的監視器產生的信息是高度精確的。然而，大多數使用者發現胸帶監視器不舒服和不方便。另一種類型的心率監視器使用了設置在耳塞處的PPG傳感器。耳朵是放置監視器的理想位置，因為耳朵處是一個相對靜止的平臺，不會妨礙人們的移動和視線。靠近耳朵的PPG傳感器，例如，可獲取下列位置的信息：內耳道和鼓膜(用於測量身體核心溫度)，肌肉組織(用於測量肌肉張力)，耳廓和耳垂(用於監視血氣等級)，耳朵後面的區域(用於測量皮膚溫度和皮膚電反應)，以及頸內動脈(用於測量心肺功能)。耳朵還位於或者靠近身體暴露於感興趣的環境中的呼吸毒素(揮發性有機化合物、汙染等)的點，耳朵受到的噪聲汙染的點，眼睛受到的光照條件的點等。進一步地，因為耳道自然用於傳輸聲能，耳朵是監視內部聲音的良好位置，例如心跳、呼吸率、嘴的運動等。PPG傳感器測量相對的血流，通過使用紅外光或者其它光源投射完全傳輸通過組織或者從組織反射回的光來測量相對的血流，該光隨後被光電探測器檢測到，並進行量化。例如，高的血流的流速將導致更多的光被血流散射，這將大大增加到達光電檢測器的光強。通過處理光電檢測器輸出的信號，使用PPG傳感器的監視器可測量血容量脈衝(每次心跳的血容量的相性變化)，心率，心率變化，和其它的生理信息。PPG傳感器通常是很小的並且可被封裝，因此它們不會有其它的傳統健康傳感器舒適性和/或便利性的問題。然而，PPG傳感器比其它許多類型的傳感器對於運動偽影噪聲更加敏感，因此更容易出現精度問題。例如，用戶的一個動作要素，比方說慢跑者的步進率，常常與心率要素同樣強或比心率更強，這有可能使心率測量出錯。美國7144375號專利公開了一種可行的解決這個問題的方案，該專利公開了利用加速計作為監視器，用於驗證PPG傳感器輸出的可能步進率。當該步進率近似於心率時，』375號專利揭示了光譜轉換步進率和心率波形，例如，通過採樣窗口，分別由步進率和心率傳感器提供步進率光譜和心率光譜。若該光譜轉換操作採用6秒的窗口，轉換操作的平均延遲為3秒。進行光譜轉換後，』375號專利減除了該步進率光譜和心率光譜。』375號專利還保存了光譜減除的前十個峰值的記錄，用於在確定心率和步進率是否跨接和確定哪個光譜峰值對應心率之前，執行各種統計學分析以達到理想的精確性。因此，』375號專利後續實施的轉換操作會導致額外的潛在處理，例如需要10秒，而這是不合需要的。所以，有必要提供一種可選擇的方案，使步進率近似於心率時，能提供精確的心率，且延遲較少。
技術實現要素：
本發明公開的方案通過使用一個或多個濾波技術，在步進率與心率近似於的時候，去除測量的心率中的步進率。通常，步進率和心率的差值是確定的，步進率根據該差值從心率中過濾出來。一個示例性的實施例中，步進處理器根據步進傳感器提供的波形計算使用者的步進率，心率處理器根據心率傳感器提供的波形計算使用者的第一心率。噪音處理器繼而計算該步進率和心率的差值，根據該差值來計算使用者的第二心率，並輸出該第二心率。例如，該噪音處理器可根據該差值對心率進行濾波。更廣義地，一種示例性的生理監護儀包括慣性傳感器、慣性處理器、生理傳感器、生理處理器和噪音處理器。該慣性處理器根據慣性傳感器提供的慣性波形計算使用者的慣性頻率。該生理處理器根據生理傳感器提供的生理波形計算使用者的第一生理指標。該噪音處理器計算慣性頻率和第一生理指標的差值，根據該差值計算使用者的第二心率，並輸出該第二心率。一種示例性的減少生理監護儀輸出的數據的噪音的方法。為了這個目的，該方法包括根據慣性波形計算使用者的慣性頻率，慣性波形由設於生理監護儀內的慣性傳感器提供；和根據生理波形計算使用者的第一生理指標，生理波形由設於生理監護儀內的生理傳感器提供。其後，該方法計算慣性頻率和第一生理指標的差值；根據該差值計算第二生理指標；以及輸出第二生理指標。由於在此公開的方案只處理瞬時光譜轉換數據，例如，瞬時步進率光譜和瞬時心率光譜，本發明從根本上消除了』375號專利中後續轉換的延遲。因此，在此公開的方案相較於現有技術，足夠精確而又沒有延遲。附圖說明圖1示出了設置在耳塞上的示例性的心率監視器。圖2示出了設置在外殼內的示例性的生理監視系統的模塊圖。圖3示出了從生理指標中去除慣性頻率的示例性的流程圖。圖4示出了從生理指標中去除慣性頻率的另一個示例性的流程圖。圖5示出了圖2所示的生理處理器的示例性的模塊圖。圖6A-6D示出了步進率光譜、心率光譜、結果差異光譜和估計心率的示例性的模擬結果視圖。圖7示出了根據此處公開的方案估計的心率的示例性的模擬結果視圖。具體實施方式本發明公開的過濾技術增加了處理數據，例如，生理傳感器的心率數據，所得到的結果的精度。圖1示出了設置在耳塞10上的示例性的監視系統12。耳塞10可包括與遠程設備通信連接的有線或者無線耳塞，遠程設備例如為音樂播放器、智慧型手機、個人數據助理等。監視系統12監視心率和/或其它生理指標，並且輸出這些生理信息到用戶和/或其它處理功能。而本發明公開的監視系統12為耳塞10的部分，應當理解監視系統12可設置在固定在用戶身體上的任何設備上，例如，固定在耳朵、手指、趾、四肢(臂、腿、踝關節等)、腕、鼻等上的設備。在一些實施例中，該設備可包括補丁(patch)，例如，繃帶，用於將監視系統12連接到用戶身體上的預期的位置。圖2示出了一個示例性的實施例中的示例性的監視系統12的模塊圖。監視系統12包括處理器100，處理器100連接到一個或多個生理傳感器20、一個或多個慣性傳感器30、輸出界面40和存儲器50。生理傳感器20產生響應於用戶生理狀態的生理波形。慣性傳感器30產生響應於用戶動作的慣性波形。一個示例性的慣性傳感器包括，但不只包括：加速計、視覺發射/探測對、視覺探測器、CCD攝像機、壓電傳感器、熱敏傳感器、或其他任何類型的能夠獲取動作信息的傳感器。典型的視覺發射器包括一個或多個發光二極體、雷射二極體、有機發光二極體、微型發光器、電磁發射器等等。在此公開的傳感器並不只限於電磁光譜的視覺波長。在某些實施例中，用於更短或更長的波長的發射器和/或探測器也可以適用於電磁光譜中的更短或更長的波長。視覺探測器可包括光電探測器、電磁探測器和光電二極體等等。處理器100通過使用本發明公開的過濾技術以及存儲在存儲器50中的信息處理生理波形來高精度的確定心率和/或一個或者多個生理指標。輸出界面40輸出確定的生理指標。應當理解，輸出界面可包括收發器，該收發器用於發送處理器100輸出的數據到遠程設備。可選地或者另外地，輸出界面可提供輸出數據到用戶接口，例如，顯示屏、資料庫、另一處理器，和/或處理功能。在示例性的實施例中，生理傳感器20包括光電容積脈搏波(PPG)傳感器，光電容積脈搏波響應於檢測到的光強產生電生理波形。PPG傳感器包括光強傳感器，該光強傳感器通常依賴於進入到血管中的光的光耦合。如在本發明所用的，術語「光耦合」指的是進入區域的雷射與區域自身之間的作用或通信。例如，光耦合的一種形式是光導耳塞10內產生的雷射與耳朵的血管之間的相互作用。待審的公開號為2010/0217102的美國專利申請中描述了光導耳塞，該專利在此援引且併入本案。在一個實施例中，雷射與血管之間的相互作用可能涉及進入耳朵區域的雷射與耳朵內的血管散射的雷射，因此，散射光的強度與血管內的血流速度成正比。光耦合的另一種形式是由耳塞10內的光發射器產生的雷射與耳塞10的光導區間相互作用形成的。處理器100包括慣性處理器110、生理處理器120和噪音處理器140。慣性處理器110通過使用各種已知方法從慣性波形中獲取確定的慣性頻率I，例如步進率。該確定的慣性頻率可包括真實的慣性頻率和一個或多個該真實慣性頻率的諧波，例如真實慣性頻率的1/2x、3/2x和2x諧波。比方說，慣性處理器可光譜轉換慣性波形以生成慣性光譜，並將慣性頻率設置為該慣性光譜的最大的峰值的頻率。還有其它可選擇的方法可用於確定慣性頻率。生理處理器120從生理波形中確定一個或多個生理指標H，例如心率，在此處進一步討論。該確定的生理指標可能與根據一個或多個生理指標計算得出的生理估值相關。噪音處理器140對確定的指標濾波去除慣性頻率，從而產生了較精確的濾波生理指標為了簡化，下述處理器100在由慣性傳感器110確定的步進率近似於由生理處理器120確定的心率的時候，通過噪音處理器140使用一個或多個濾波技術從測量的心率中去除步進率。通常，步進率和心率的差值是確定的，步進率根據該差值從心率中過濾出來。然而，生理處理器120和處理器100可替代地或者另外地確定其它的生理指標，例如，呼吸速率、心率變異(HRV)、脈搏壓、收縮壓、舒張壓、步率、氧氣攝取(V02)、和R-R間隔(代表了ECG波形中的相繼的R峰之間的間隔)、最大氧氣攝取(最大V02)、燃燒的卡路裡、創傷、心排血量和/或包括血紅高蛋白氧氣佔據的結合點(SP02)的血分析物水平、高鐵血紅蛋白的百分比、羰基血紅蛋白的百分比、和/或葡萄糖水平。替代地或者另外地，處理器100可確定或者過濾一個或者多個生理評估，例如，通風閾、乳酸閾、心肺狀態、神經功能狀態、有氧能力(最大V02)、和/或整體健康或健身。此外，處理器100也可有選擇地從心率中去除其它慣性頻率，例如有節奏的頭部擺動和身體運動(如手臂運動、舉重等)等等。圖3示出了示例性的方法200，該方法可由處理器100執行以計算輸出心率。在處理器100接收到來自傳感器20和傳感器30(模塊210)的慣性波形和生理波形後，慣性處理器110確定步進率I(模塊220)，生理處理器120確定心率的第一估值H(模塊230)。噪音測量140根據步進率和心率的差值計算心率的修正估值(模塊240)，並繼而向輸出界面40輸出該修正心率估值(模塊290)。處理器100也可以在存儲器50中存儲該修正心率估值使其可用於後續的計算。圖4出了示例性的方法240，該方法用於根據步進率和心率的差值計算修正估值圖4中的示例性的方法240包括多個步驟，其中第一步驟包括模塊242，第二步驟包括模塊244至模塊248，第三步驟包括模塊250，第四步驟包括模塊260，第五步驟包括模塊270，第六步驟包括模塊280至284。然而，在某些示例性的實施例中也可以實施一個或多個上述步驟，在此進一...