耳式心臟監測裝置和方法

2023-05-29 01:17:21 6

專利名稱：耳式心臟監測裝置和方法
耳式心臟監測裝置和方法本發明大致涉及用於測量心臟活動的系統和方法，並更具體地涉及使用接近耳朵 放置的電聲換能器來感應脈動血流的系統和方法，該電聲換能器檢測脈搏並提供音頻輸
出O個人數字助理(PDAs)、可攜式數位音樂播放器、手機和其它電子設備已經變得十 分普遍。可攜式數位音樂播放器尤其受歡迎，因為它們可以存儲使用者的全部音樂庫並可 以被帶到任何地方。它們尤其適於在慢跑時使用，因為它們不受運動的影響。最近，已經出 現使得可攜式數位音樂播放器作為計步器的產品，測量人的步距以提供對速度和行進距離 的估計。基於這一信息，一些產品還提供對燃燒卡路裡的估計。雖然這些功能是有幫助的，但是它們不能提供對個人鍛鍊的完整描繪。訓練的更 關鍵方面是維持一個人的心率在足夠高水平以提供良好的鍛鍊而不引起損傷或者過早耗 盡。專家建議將心率維持在一個人最大心率的50%和85%之間以使得其在避免損傷的同 時將鍛鍊的益處最大化。鑑於前述內容，將用於測量和顯示人的心率的裝置整合至可攜式數位音樂播放器 將是有利的。根據本發明的原理，可攜式媒體播放設備包括安裝在耳件上的電聲換能器，該耳 件適於放置在使用者耳朵內。接收電路和控制器與耦合到該換能器。該控制器被編程以選 擇性地從媒體存儲設備讀取媒體文件，並將其轉換為與該換能器耦合的信號。該控制器還 被編程以接收來自該換能器的信號並處理該信號以確定使用者的心率。在本發明的另一方面中，信號調節電路接收來自換能器的信號並將其過濾以消除 噪聲。該信號調節電路也可執行利用來自一對換能器的信號的共模噪聲抑制。在本發明的另一方面中，控制器在向一個換能器輸出信號的同時接收來自另一個 換能器的信號。在本發明的另一實施例中，心臟監測系統被整合至自動體外除顫器。該心臟監測 系統接收來自電聲換能器(例如安裝在耳件中的耳機)的信號，並處理該信號以確定對象 中脈動血流的存在。這一布置對於確認ECG分析很有用的，該ECG分析通過在患者耳道中 感應不到脈動活動而指示需要電擊。相應地，在患者耳朵中感應的脈動活動表明不需要復 蘇電擊。該布置在「無脈動電活動」(PEA)的情況下是尤其有用的，其中在耳道中感應不到 脈動將否定指示心臟中有效電活動存在的ECG分析。在附圖中

圖1是根據本發明實施例的用於測量人的心率的系統的示意性方框圖；圖2是標繪了被調節為便於提取人的心率的電聲換能器的輸出的圖表；圖3是根據本發明實施例的測量人的心率的流程圖；圖4是根據本發明實施例的包括用於測量人的心率的系統的媒體播放設備的示 意性方框圖；圖5是根據本發明實施例的用於將心率監測整合至媒體播放器的方法的流程圖；圖6是根據本發明實施例的用於將心率監測整合至媒體播放器的可選方法的流
圖7是根據本發明實施例的整合了用於指示脈動血流的存在的系統的自動體外 除顫器(AED)的示意性方框圖。參照圖1，心臟監測系統10包括與接收器14耦合的電聲換能器12，例如音頻耳 機。換能器12安裝在適於安放於使用者耳朵的耳件16之內。耳件16可環繞使用者的外 耳放置，嵌套在使用者的外耳中，或者插入使用者的耳道。接收器14接收來自換能器12的信號並將它們輸出至信號調節模塊18。信號調節 模塊18放大信號並從該信號中消除噪聲。在一些實施例中，信號調節模塊18對信號執行 低通濾波以消除噪聲導致的頻率內容。在一些實施例中，使用兩個換能器12，每一個用於使 用者的每一個耳朵。在這種實施例中，信號調節模塊18可使用來自兩個換能器的信號以執 行共模噪聲抑制。信號調節模塊18的輸出被提供給包括提取模塊22、監測模塊24和輸出模塊26的 控制器20。在一些實施例中，信號調節模塊18也被整合到控制器20中。也參照圖2，提取模塊22分析所調節的信號以便將單獨的心跳分離。如代表在使 用者兩個耳朵中所檢測到的信號的標繪圖28a，28b所示，所接收脈動信號的與人的心跳相 應的部分包括部分30a，30b,該部分30a，30b分別相應於心跳的S1和S2心音。同樣顯而易 見的是低壓部分30c在S1和S2心音之間發生。如圖2中顯而易見的，在一隻耳朵或者另一 只中可很容易地識別心跳。因此，提取模塊22可使用所接收信號的一個、兩個或者加權組 合，以便確定使用者的脈動血流，並且如果需要的話，其測量結果(例如心率)。提取模塊 22例如可評估來自每個耳朵的信號的質量並只使用具有最高質量的信號來將心跳分離。可 以如現有技術中已知的通過評估並比較信號的信噪比來確定質量。在其它實施例中，來自 兩個耳朵的信號可被關聯以識別心跳信號。提取模塊22可通過定位S1和S2心音而從來自換能器12的信號，或者來自兩個換 能器12的信號中提取出心跳。如標繪圖28b所顯而易見的，在S1和S2心音30a，30b之間 的低壓部分30c具有相對大的幅值，儘管如此S1和S2心音具有相對弱的幅值。因此，替代 於或者除了定位S1和S2心音30a，30b之外，提取模塊22可通過識別低壓部分30c來識別 心跳。在一些實施例中，提取模塊22通過使用常規方法來識別單獨的心跳，例如那些在美 國專利4，549，551和7，135，002中所公開的。監測模塊24估計心跳的時間以確定使用者的心率。監測模塊24可記錄隨時間變 化的心率並產生從該記錄數據導出的值，例如平均心率、最小和最大心率、落在目標心率範 圍之內的心率的時間量。例如，使用者可將心率範圍輸入監測模塊，在鍛鍊期間使用者的心 率應保持在該心率範圍之內以改進結果並避免損傷。在一些實施例中，使用者可輸入最大 心率，並且監測模塊將計算使用者心率應保持在的心率範圍以改進結果。在一些實施例中， 監測模塊24產生示出心率隨時間變化的標繪圖。輸出模塊26將心率和從該心率導出的值輸出給使用者。輸出模塊26可輸出數據 至與控制器20耦合的顯示設備(未示出)，例如IXD或者其它數字顯示器。在換能器12 或者各換能器12具體為音頻耳機的實施例中，輸出模塊26可產生經由耳機輸出的音頻消 息。在其它實施例中，輸出模塊26可產生由具有接收器和顯示器的另一設備所接收的無線 信號，並用於生成顯示給使用者的輸出。
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參照圖3，用於測量心率的方法32包括在步驟34中將電聲換能器插入人的耳朵。 步驟34可包括將換能器環繞人的耳朵放置，或者放置入人的外耳或耳道。在步驟36中，在 人的鼓膜中由通過鼓膜的血流而引起的聲波被傳送至換能器並被換能器轉換為電信號。在 步驟38中，電信號被調節以消除噪聲。步驟38可包括一個或者兩個低通濾波和使用安放 在兩個耳朵中的兩個換能器的輸出的共模噪聲抑制。在步驟40，處理被調節的信號以提取 人的心跳，並在步驟42中監測跳動以計算心率。也可以計算與隨時間變化的心率相關的其 它值，例如在監測期或者心率在目標範圍之內的持續時間期間內的平均、最大和最小心率。 在步驟44中，產生指示使用者心率和/或與隨時間變化的心率相應的值的輸出。產生輸出 44可包括產生由用於檢測人的心率的同一換能器所呈現的視覺顯示或者可聽到的口頭消 肩、ο參照圖4，心率監測系統被整合到可攜式媒體播放設備46中。在這種實施例中， 電聲換能器12可具體為耳機48，例如所圖示的適於插入使用者外耳內的耳機，或者現有技 術已知的任意其它類型的耳機。設備46包括用於從媒體存儲設備52讀取媒體數據的媒體 讀取器50，該媒體存儲設備52例如是快閃記憶體、硬碟驅動器、光碟、錄音帶等等。來自媒體讀取 器50的媒體數據被提供給將媒體數據轉換為電信號的音頻驅動器54，該電信號被耦合至 耳機48以產生聲音。媒體讀取器50和音頻驅動器54由控制器56控制，該控制器56整合了心率監測 系統的提取模塊22、監測模塊24和輸出模塊26。耳機48也可通過接收器14和信號調節 模塊18被耦合至控制器56。控制器56可耦合至顯示器58(例如LCD或者其它顯示設備)以向使用者呈現信 息。控制器56可包括接收來自一個或多個輸入設備60 (例如觸摸板和/或一個或多個按 鈕)的一個或多個輸入的媒體選擇模塊62。媒體選擇模塊62接收該輸入並基於該輸入從 媒體存儲設備52選擇媒體文件來播放。控制器56可還包括模式選擇模塊64。模式選擇模塊64選擇媒體播放設備46是 作為媒體播放設備或者作為心臟監測器。在一些實施例中，模式選擇模塊64選擇哪一個耳 機48輸出音頻信號而哪一個接收信號以監測使用者心率。例如，模式選擇模塊64可使得 一個耳機輸出音樂，同時另一個耳機同步測量使用者的心率。在其它實施例中，模式選擇模塊64在媒體文件的播放之間測量使用者的心率。例 如，模式選擇模塊64可將模式從播放轉換為心率監測並持續短暫的時期，例如在一首歌之 後的2到5秒，在此時期期間通過接收器接收信號並如以上所討論的處理它們而監測使用 者的心率。然後模式選擇模塊64可令媒體讀取器50和音頻驅動器54向耳機48輸出另一首歌。參照圖5，用於將媒體播放與心率監測結合的方法65可包括在步驟66中將耳件插 入使用者的耳朵，外耳或者耳道中。方法64還包括在步驟68中從媒體存儲設備讀取第一 媒體文件，並在步驟70中向耳件輸出媒體文件。在步驟72，在步驟70中的媒體文件輸出 之後，來自耳件的信號被接收。在步驟74中，所接收的信號被處理以提取出使用者的心率。 在步驟76，例如藉助於顯示器或者經由耳件輸出的口頭消息將心率輸出。在步驟78，在步 驟72中接收來自耳件的信號之後，從媒體存儲設備讀取第二媒體文件並在步驟80中將第 二媒體文件向耳件輸出。
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參照圖6，執行方法82。方法82包括在步驟84中將兩個耳機插入使用者的耳朵， 外耳或者耳道中。方法82還包括在步驟86中從媒體存儲設備讀取媒體文件，並在步驟88 中向耳機輸出媒體文件。在步驟90中向耳機之一的輸出被中斷，同時在另一個耳機上繼續 播放。在步驟92中接收來自被中斷耳機的信號。在步驟94中，所接收的信號被處理以提 取出使用者的心率。在步驟96中，例如藉助於顯示器或者經由耳件輸出的口頭消息將心率 輸出。在一些實施例中，該輸出被延遲直到被使用者請求，例如響應於輸入。在這種實施例 中，步驟96可替代為存儲心率以稍後顯示。在步驟98中，媒體文件被再次向兩個耳機輸出。在一些實施例中，重複方法82，並且在步驟90中中斷向另一個耳朵的播放。方法 82可還包括將在步驟92期間從每個耳朵接收的信號相比較以確定哪個耳朵提供更好的信 噪比。在這一比較之後，在方法82的隨後重複中只有被發現具有更高信噪比的耳朵在步驟 90中被中斷。參照圖7，血流監測系統10被整合至自動體外除顫器(AED) 100。AED包括用於在 給予電擊時接觸罹病者皮膚的電極102。AED100還包括提供電功率以遞送電擊的電源104。 AED100還包括控制器106，其被編程以控制電功率從電源102到電極100的遞送。控制器 106也通過電極102檢測罹病者心臟的電活動，並分析該電活動以確定是否應該給予電擊。在圖示實施例中，控制器106還包括如以上討論的提取模塊22、監測模塊24和 輸出模塊26以使用電聲換能器12 (例如頭戴式受話器或者耳機)監測患者的脈動血流。 AED100同樣包括接收器14和信號調節器18以接收來自換能器12的信號。在一些實施例 中，AED100包括顯示器108，並且控制器被編程以在顯示器106上顯示操作AED的指令。在 這種實施例中，心臟監測系統的輸出模塊26可如以上討論地從耳道中的聲音信號檢測來 確定患者呈現脈動血流，並向顯示器108輸出血流狀況的指示和通過監測該隨時間變化的 脈動信號(當存在時)而確定的其它值。在其它實施例中，血流指示信號作為可聽到的信 號輸出。從前述內容將理解的是，雖然已經出於說明的目的在此描述了本發明的特定實施 例，但是可以作出各種修改而不偏離本發明的精神和範圍。參照組成本發明實施例的模塊 和其它元件指示用於執行屬於模塊的功能的結構和步驟，然而用於執行屬於模塊或者其它 元件的功能的結構可以在不同時間執行，或者該結構包括多個能夠或者不能被並列排置的 不同結構。因此，本發明不受除了所附權利要求書之外的限制。
權利要求
一種可攜式媒體播放設備，包括安裝在耳件上的電聲換能器，所述耳件適於被放置在使用者的耳朵內；接收電路，其與所述換能器耦合併且響應於接收來自所述換能器的信號可操作地生成輸出信號；媒體讀取器；以及控制器，其與所述換能器、接收電路和媒體讀取器耦合，所述控制器被編程以接收來自所述媒體讀取器的數據並且根據所述數據生成音頻信號，並且將所述音頻信號耦合至所述換能器，所述控制器還被編程以接收來自所述接收電路的所述輸出信號，並處理所述輸出信號以確定所述使用者的脈動血流。
2.如權利要求1所述的可攜式媒體播放設備，其中，所述媒體讀取器是存儲器訪問設備。
3.如權利要求1所述的可攜式媒體播放設備，其中，所述接收電路可操作地對由所述 換能器生成的信號進行濾波。
4.如權利要求1所述的可攜式媒體播放設備，其中，所述接收電路包括低通濾波器。
5.如權利要求4所述的可攜式媒體播放設備，其中，所述接收電路包括使低於30Hz的 信號通過的低通濾波器。
6.如權利要求1所述的可攜式媒體播放設備，其中，所述換能器包括第一耳機，並還包 括與所述接收電路耦合的第二耳機，所述接收電路可操作地執行利用來自所述第一和第二 耳機的信號的共模噪聲抑制。
7.一種自動體外除顫器(AED)，包括適於與對象接觸的一對電極；ECG處理器，其與所述電極耦合併用於分析ECG信號；能量源；與所述能量源耦合的高壓電路；電擊遞送電路，其與所述ECG處理器、所述高壓電路和所述電極耦合；耳機，其適於檢測所述對象的耳朵的聲信號；以及耳機信號處理器，其與所述耳機耦合，並可操作地從由所述耳機接收的信號中感應脈 動血流的存在。
8.如權利要求7所述的自動體外除顫器，其中，所述信號處理器與所述電擊遞送電路 華禹合，其中，所述電擊遞送電路基於來自所述ECG處理器和所述耳機信號處理器的輸入來作 出電擊決策。
9.如權利要求8所述的自動體外除顫器，其中，所述耳機信號處理器還包括響應於由 所述耳機產生的信號的信號調節電路。
10.如權利要求8所述的自動體外除顫器，其中，所述電擊遞送電路基於由所述耳機感 應到不存在脈動ECG信號並且不存在脈動血流而作出電擊決策。
11.如權利要求8所述的自動體外除顫器，其中，所述電擊遞送電路在所述耳機感應到 存在脈動血流的情況下不作出電擊決策。
12.如權利要求8所述的自動體外除顫器，其中，通過由所述ECG處理器對ECG信號的檢測和由所述耳機感應到不存在脈動血流而指示無脈動電活動。
13.一種用於檢測人的脈動血流的方法，包括 將耳機插入所述人的耳朵；從媒體源讀取第一媒體文件；將所述第一媒體文件轉換為第一電子信號；將所述第一電子信號耦合至所述耳機；在將所述第一電子信號耦合至所述耳機之後，接收來自所述耳機的信號； 處理所接收的信號以提取與所述人的脈動血流相對應的數據； 輸出所提取的數據；在處理所接收的信號之後，從所述媒體源讀取第二媒體文件； 將所述第二媒體文件轉換為第二電子信號；以及 將所述第二電子信號耦合至所述耳機。
14.如權利要求13所述的方法，其中，所述媒體源是數字存儲設備。
全文摘要
公開了一種包括電聲換能器的心臟監測器，該電聲換能器例如是與控制器耦合的耳機。該換能器放置在人的耳朵中與鼓膜進行聲通信。來自該換能器的信號被處理以確定脈動血流的存在。心臟監測器可整合到可攜式媒體播放設備中，該可攜式媒體播放設備在播放和監測模式之間交替或者針對每個功能使用一個耳機以同時執行兩者。心臟監測器可被整合至除顫器來感應血流的存在，以用於電擊遞送的決策。
文檔編號A61B5/024GK101873826SQ200880117808
公開日2010年10月27日 申請日期2008年11月18日 優先權日2007年11月27日
發明者D·鮑爾斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司