用于生理脉冲测量的光学输入信号的运动消除制造技术

包括用来测量周期运动的加速度计（１０８）和用来探测无规律运动的压电传感器（１０６）的脉率传感器（１０１）能够通过解释这些运动类型更精确地确定脉率。依照本发明专利技术的脉率传感器由于不稳定的运动通过控制信号升高、波形精细化和信号噪音抑制的算法组合减少脉率信号降级。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及信号处理领域。更明确地说，本专利技术涉及能够提供使用者在体育锻炼或其它活动期间的脉率的精确测量显示的脉率监视器。
技术介绍
由于身体运动产生的假象，例如，当人正在奔跑或正在以别的方式参加身体活动或锻炼的时候，因此在手腕上的活动的人的脉率的的精确的测量是错综复杂的。所以，目前市场中的脉率监视器都利用戴在心脏附近的胸带，以便把锻炼所产生的运动的影响减到最小。身体运动所产生的假象是用脉率传感器作为掩盖正在测量的心率脉冲信号的“噪音”探测的。为了减轻这些假象的影响，尽可能在保留需要的脉冲信号的同时把大部分出现在脉率频带中的噪音信号滤掉和删除是必不可少的。感兴趣的信号是通过把近红外区的光源传输到组织中和测量返回的信号强度产生的。通常，使用两个或四个强度不同的发光二极管(LED)以便建立最佳的光学窗口。返回信号强度将被组织中的毛细血流调制并且将随着受试者的生理脉冲改变。这是已被很好地理解而且建立了多年来已应用于脉冲监控设备的主构架。因为相对低的信号强度和相对高的“噪音”含量，所以在并非接近心脏的位置测知脉率是不成功的。信号强度低能归因于许多因素，包括皮肤和头发密度的变化、血管化方面的变化和光学对准。此外，在尝试测知脉率的时候收到的信号包括一些通常能被归类“噪音”的成份。这些高的“噪音”水平是加到在几乎所有电系统里面出现的经典噪音来源之上的而且主要包括固有的光学噪音来源、干扰光源和运动假象。为了举例说明，图1A描绘感兴趣的信号。图1B描绘运动假象、干扰光源、随机噪音等等所引起的噪音。作为例子，图1C举例说明感兴趣的信号怎样由于信号强度低被噪音掩盖。尽管传统的信号处理技术可能能够减少“频带之外的”噪音；换句话说，在感兴趣的频率范围内没有发现噪音，但是它们是对解决模仿感兴趣的信号和非随机的其最大的共同点是运动的噪音问题的挑战。各种不同的脉率探测系统在技术上是已知的。授权给Barlow，Jr.等人的美国专利第4,338,950号揭示一种由包含用来探测脉率的压电传感器和用来探测身体活动期间的身体运动的加速度计的安装在手腕上的单元组成的仪器。该仪器进一步包括用来把身体运动成份从信号中减去因此得到真实的心搏信号的处理器。授权给Mathews的美国专利第5,431,170号揭示一种可以在身体活动期间戴在手腕或手上的装置。这种装置包括一个测量脉冲的光敏元件和用来测量运动的光敏元件或加速度计。Mathews揭示一种噪音消除电路，该电路采用来自这些敏感元件的数值提供没有计步器振动或噪音的真实脉冲信号。授权给Bryars等人的美国专利第5,807,267号揭示一种能与显示使用者在体育锻炼期间的心脏脉率的腕表组合在单一单元中的装置。初级压电传感器探测使用者的心率脉冲，而背景压电传感器探测来自局部身体运动的噪音。把来自这个背景传感器的信号以数字方式从初级脉冲传感器中减去，因此依其所述减少了随机身体噪音的影响。授权给Aoshima等人的美国专利第6,099,478号揭示一种包括LED、光敏晶体管或压电传声器的脉冲波探测装置。身体运动探测装置使用加速度传感器探测身体运动。Aoshima等人揭示脉冲波提取装置减去两个传感器的输出给出精确的脉率。受让人相关的美国专利第5,776,070号提供类似的揭示。授权给Odagiri等人的美国专利第6,129,676号揭示一种能装配在腕式表带之中在活动(例如，奔跑)期间使用的脉率监视器。该腕式表带包括一个探测动作噪音的加速度传感器和一个探测脉冲的压电传声器。当探测到不变的运动(例如，奔跑)的时候，把动作噪音频谱从图6A-C所描绘的脉冲波频谱中减去。奔跑速度和距离也可以获得。美国专利第5,697,374和6,023,662号提供相似的揭示。授权给Amano等人的美国专利第6,361,501 B1号揭示一种由有手表结构的装置主体和脉冲波探测传感器单元形成的脉冲波诊断装置。身体运动成份去除器把经过校正身体运动数据从经过校正的脉冲波数据中减去。身体运动波是用加速度传感器探测的。这个装置可以与计步器合并。授权给Goldreich的美国专利申请公开第2005/0116820 A1号揭示一种装在手腕上探测脉率的装置。振动传感器是压电陶瓷传感器，该传感器测量手腕的运动并且可以包括一个加速度计。生理传感器探测血压脉率而且可能是光纤。周围环境传感器也可能存在。无论前面引证的参考文献的精确价值、特征和优点是什么，它们之中没有一个实现或完成本专利技术的目的。由于这些理由，提供一种在体育锻炼和其它活动期间精确地测量脉率的改进的装置和方法是符合需要的。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目标是提供一种精确地监控和探测脉率的装置和方法。更具体地说，本专利技术的一个目标是提供一种考虑到适当地除去光学信号中的固有的光学噪音来源、干扰环境光源和运动假象的解决办法，尤其是在剧烈的身体活动之下。本专利技术的另一个目标是提供一种能从代表图1C所示的脉冲和噪音假象的复合体的信号区分噪音假象和个体真实脉搏的脉率监视器。这些和其它的目标是依照本专利技术实现的，用来测量使用者在体育锻炼或活动期间的脉率的系统和方法包括有一个或多个能够把光源传输到身体组织中的辐射体、周来接受来自该身体组织的反射光并且产生指示该反射光的光电探测器输出信号的光电探测器、用来测量个体的规律运动并且产生指示该规律运动的加速度计输出信号的加速度计、用来测量个体的无规律运动并且产生指示所述无规律运动的压电传感器输出信号的接触型运动传感器、以及用来接受光电探测器输出信号、加速度计输出信号接触型运动传感器输出信号并且确定个体的脉率的微处理器，其中所述脉率是通过调节光电探测器输出信号和除去由个体的规律运动和无规律运动引起的经过调节的光电探测器输出的某些部分确定的。附图说明图1A举例说明需要测量的光学信号。图1B举例说明通常由运动引起的噪音。图1C举例说明组合的光学信号和噪音。图2A图解地举例说明依照本专利技术的脉率传感器。图2B举例说明依照本专利技术封装在手表组件中的脉率传感器。图3举例说明依照本专利技术用于光学信号的信号调节程序。图4举例说明依照本专利技术描绘运动辨别程序的流程表。图5举例说明依照本专利技术描绘计算脉率所遵从的步骤的流程表。具体实施方法尽管这项专利技术是用优选实施方案举例说明和描述的，但是该装置可能是以许多不同的配置、形式和材料生产的。本专利技术的优选实施方案被描绘在附图中并且将在下文中予以详细的描述，应该理解此揭示将被看作是本专利技术的原则的一个例证和有关它的构架的功能说明书，而不倾向于把本专利技术局限于这个举例说明的实施方案。熟悉这项技术的人将在本专利技术的范围内想象出许多其它可能的变化。图2A举例说明依照本专利技术的脉率传感器101。辐射体102(例如，LED，发光二极管)把近红外(IR)区的光源传输到身体组织和诸如红外反射传感器104之类的光电探测器之中，后者接受来自该组织的反射光。脉率传感器101使用分析人体体积换置的红外光学程序来探测和储存指示心率的脉率数据。脉率传感器101还包括一个探测使用者的周期性的或持续不变的运动的加速度计108(优选二维的加速度计，非必选地选择三维的加速度计)和一个测量使用者的不协调的或无规律的运动和其它影响光脉冲的与运动有关的来源的接触型运动传感器106。接触型运动传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来测量个体的生理学参数的脉率传感器，该脉率传感器包括：用来发射光源到身体组织中的辐射体；用来接受来自所述身体组织的反射光并且产生指示反射光的光电探测器输出信号的光电探测器；用来测量个体的规律运动并且产生指示该规 律运动的加速度计输出信号的加速度计；用来测量使用者的无规律运动并且产生指示所述无规律运动的接触型运动传感器输出信号的接触型运动传感器；以及用来接受光电探测器输出信号、加速度计输出信号和接触型运动传感器输出信号并且确定个体脉率 的微处理器，其中所述脉率是通过调节光电探测器输出信号和除去由个体的规律运动和无规律运动引起的部分光电探测器输出来确定的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德A纳泽瑞恩，洛瑞E拉克，苏珊S阿尔费尼，马克J宾娜，登WE埃文斯，保罗哈瑞斯，迈克尔W格阿特兹，
申请(专利权)人：普尔塞特拉瑟技术有限公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]