使用低功率传感器进行心率和呼吸率估计的方法和装置制造方法及图纸

提供了一种用于测量用户的生物信号的系统，其包括：传感器模块，被配置为经由当前信道获取用户的心脏射血容量描记图(BCG)信号，其中当前信道是传感器模块的至少一个信道；分解模块，被配置为将BCG信号分解为分解信号；重构模块，被配置为将分解信号的至少部分重构为重构信号；处理模块，被配置为将重构信号处理为心率、呼吸率、呼吸相位和血压的至少一者；以及显示模块，被配置为在显示设备上显示与心率、呼吸率、呼吸相位和血压的至少一者对应的至少一个输出。

Method and apparatus for estimating heart rate and respiration rate using low power sensors

A system for measuring the user's biological signal includes a sensor module, is configured to access the user's current channel via the ballistocardiogram (BCG) signal, the current channel is at least one channel of the sensor module; a decomposition module is configured as a BCG signal is decomposed into decomposition signal reconstruction; module is configured to at least partially reconstruct the decomposed signal for reconstructing signal; processing module is configured to at least one of the signal processing for the reconstruction of heart rate, respiratory rate, blood pressure and respiratory phase; and the display module is configured to display at least one output of at least one respiratory phase and blood pressure and heart rate, respiratory rate, the corresponding display device.

【技术实现步骤摘要】
使用低功率传感器进行心率和呼吸率估计的方法和装置相关申请的交叉引用本申请要求2016年3月28日递交的美国临时申请第62/313,910号的权益，在此通过引用将其公开内容全部并入。通过引用将美国申请第14/924,565号的内容全部并入。
本公开涉及测量用户的身体信号，并且更具体地，涉及使用低功率传感器进行心率和呼吸率估计的方法和装置。
技术介绍
和任何便携式电子设备一样，也期望监测生物信号的可穿戴传感器设备有长的电池寿命。通常，可以通过提供较少的信息内容而为可穿戴设备提供较长的电池寿命。然而，在一些情况下，减少的信息内容可能是不可接受的。光电容积描记图(photoplethysmogram，PPG)传感器设备通常基于以PPG为基础的心率方法确定并且估计心率和呼吸率。然而，PPG传感器消耗大量功率。
技术实现思路
提供了用于基于非期望的生物信号或生物计量数据进行连续分类(triage)和随后上报(escalation)的方法和装置。示例实施例可以包括存储机器可运行的指令的非暂态机器可读介质，当运行指令时导致计算系统控制用于测量用户的生物信号的操作。所述操作可以包括经由当前信道获取用户的心脏射血容量描记图(ballistocardiogram，BCG)信号，其中当前信道是传感器的至少一个信道。BCG信号可被处理为分解信号(decomposedsignal)，并且分解信号可被处理为重构信号(reconstructedsignal)。重构信号然后可被处理为心率、呼吸率、呼吸相位和血压中的至少一者，其可被显示以供用户或其他人观看。另一示例实施例可以是用于测量用户的生物信号的系统，包含传感器模块，被配置为经由当前信道获取用户的心脏射血容量描记图(BCG)信号，其中当前信道是传感器模块的至少一个信道。该系统还可以包括分解模块，被配置为将BCG信号分解为分解信号，以及重构模块，被配置为将分解信号的至少部分重构为重构信号。处理模块可被配置为将重构信号处理为心率、呼吸率、呼吸相位和血压的至少一者。心率、呼吸率、呼吸相位和血压的一个或多个可被显示在显示模块上以供用户或其他人观看。另一示例实施例可以是用于测量用户的生物信号的方法，包含经由当前信道获取用户的心脏射血容量描记图(BCG)信号，其中当前信道是传感器模块的至少一个信道。BCG信号可被分解为分解信号，并且分解信号的至少部分可被重构为重构信号。重构信号可被处理为心率、呼吸率、呼吸相位和血压的至少一者，并且心率、呼吸率、呼吸相位和/或血压的一个或多个可被显示在显示设备上。附加的方面将在以下描述中说明和/或通过给出的示例实施例的实践而习得。附图说明结合附图，从示例实施例的以下描述中，这些和/或其它方面将变得显见并且更容易理解。图1是示出根据本公开的实施例的电子设备的图。图2是根据本公开的实施例的电子设备的高级框图。图3是根据本公开的实施例的通信网络中电子设备的图解。图4A是根据本公开的实施例的BCG信号的示范性图解。图4B是根据本公开的实施例的PPG信号的示范性图解。图5A示出了根据本公开的实施例的示范性Daubechies5缩放(scaling)函数波形。图5B示出了根据本公开的实施例的示范性Daubechies5小波函数波形。图6A示出了根据本公开的实施例的示范性BCG信号。图6B示出了根据本公开的实施例的在0到0.78Hz频率范围内基于小波的BCG分解波形。图6C示出了根据本公开的实施例的在0.78到1.56Hz频率范围内基于小波的BCG分解波形。图6D示出了根据本公开的实施例的在1.56到3.13Hz频率范围内基于小波的BCG分解波形。图6E示出了根据本公开的实施例的在3.13到6.25Hz频率范围内基于小波的BCG分解波形。图6F示出了根据本公开的实施例的在6.25到12.5Hz频率范围内基于小波的BCG分解波形。图6G示出了根据本公开的实施例的在12.5到25Hz频率范围内基于小波的BCG分解波形。图6H示出了根据本公开的实施例的在25到50Hz频率范围内基于小波的BCG分解波形。图6I示出了根据本公开的实施例的在50到100Hz频率范围内基于小波的BCG分解波形。图7A示出了根据本公开的示例实施例用于重构分解的BCG信号的示范性流程图。图7B示出了根据本公开的示例实施例用于重构分解的BCG信号的示范性流程图。图8A示出了根据本公开的实施例的示范性BCG波形。图8B示出了根据本公开的实施例的重构的BCG信号的示范性波形。图8C示出了根据本公开的实施例的示范性PPG波形。图8D示出了根据本公开的实施例的示范性BCG波形。图8E示出了根据本公开的实施例的重构的BCG信号的示范性波形。图8F示出了根据本公开的实施例的示范性PPG波形。图9A示出了根据本公开的实施例的第一用户的基于BCG和基于PPG的心率趋势的示范性波形。图9B示出了根据本公开的实施例的第二用户的基于BCG和基于PPG的心率趋势的示范性波形。图10示出了根据本公开的实施例的来自传感器的信号对比相应信号的甚低频(verylowfrequency，VLF)分量的示范性波形。图11A示出了根据本公开的实施例的第一用户的夜间呼吸率趋势的示范性波形。图11B示出了根据本公开的实施例的第二用户的夜间呼吸率趋势的示范性波形。图12示出了根据本公开的实施例的由传感器的取向(orientation)变化触发的信号质量变化的示范性波形。图13A示出了根据本公开的实施例的手在各种位置时呼吸率估计的示范性波形。图13B示出了根据本公开的实施例的手在各种位置时心率估计的示范性波形。图14A示出了根据本公开的实施例的针对连续静息(resting)的心率和呼吸监测的智能功率调度的示范性流程图。图14B示出了根据本公开的实施例的针对连续静息的心率和呼吸监测的智能功率调度的示范性流程图。具体实施方式通过对实施例和附图的以下具体描述的引用，本公开的一个或多个实施例的优点和特征可以被更容易地理解。在此方面，本实施例不应被解释为受限于本文阐述的描述。而是，这些实施例被提供为示例以便本公开将是全面和完整的并且将向本领域普通技术人员完全地传达本实施例的构思。所附权利要求阐述了本公开的实施例的一些。贯穿本说明书全文，相同的附图标记指代相同的元件。本文使用的包括描述性或技术术语的全部术语应当被解释为具有对本领域普通技术人员显见的意思。当由于语言的演进、先例或新技术的出现而使术语的意思模糊时，本公开中使用的术语的意思应当被首先按照本公开中它的使用和/或定义来阐释。如果需要进一步说明时，则该术语之后应当被阐释为本领域普通技术人员应在公开时结合本公开的上下文理解该术语。当部件“包括”或“包含”元件时，除非有与其相反的具体描述，否则该部件可以进一步包括其它元件。本公开的实施例中的术语“单元”意指执行具体功能的软件组件或硬件组件。硬件组件可以包括，例如，现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。软件组件可以指代可寻址存储介质中的可执行代码和/或可执行代码使用的数据。因而，软件组件可以是，例如，面向对象的软件组件、类组件和任务组件，并且可以包括进程、函数、属性、步骤、子例程、程序代码的分段，驱动器、固件、微代码、电路、数据、数据库、数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量用户的生物信号的系统，包含：传感器模块，配置为经由当前信道获取用户的心脏射血容量描记图(BCG)信号，其中所述当前信道是所述传感器模块的至少一个信道；分解模块，配置为将所述BCG信号分解为分解信号；重构模块，配置为将所述分解信号的至少部分重构为重构信号；处理模块，配置为将所述重构信号处理为心率、呼吸率、呼吸相位和血压的至少一者；以及显示模块，配置为在显示设备上显示与心率、呼吸率、呼吸相位和血压的至少一者对应的至少一个输出。

【技术特征摘要】
2016.03.28 US 62/313,910;2016.05.31 US 15/168,5311.一种用于测量用户的生物信号的系统，包含：传感器模块，配置为经由当前信道获取用户的心脏射血容量描记图(BCG)信号，其中所述当前信道是所述传感器模块的至少一个信道；分解模块，配置为将所述BCG信号分解为分解信号；重构模块，配置为将所述分解信号的至少部分重构为重构信号；处理模块，配置为将所述重构信号处理为心率、呼吸率、呼吸相位和血压的至少一者；以及显示模块，配置为在显示设备上显示与心率、呼吸率、呼吸相位和血压的至少一者对应的至少一个输出。2.如权利要求1所述的系统，其中所述分解模块被配置为使用与小波对应的函数分解所述BCG信号。3.如权利要求1所述的系统，其中所述分解模块被配置为使用与Hilbert变换、具有不同截止频率和阻带的有限冲击响应(FIR)/无限冲击响应(IIR)滤波器、基于时域的移动平均方法和多阶导数中的一个或多个对应的函数来分解所述BCG信号。4.如权利要求1所述的系统，其中所述重构模块被配置为使用统计平均方法中的一个或多个来重构所述分解信号的至少部分。5.如权利要求1所述的系统，其中所述重构模块被配置为使用滑动窗口中的一个或多个计算所述分解信号的每个部分的移动平均能量熵和Boltzmann熵来重构，其中Boltzmann常数被调整以为所述滑动窗口提供适应性权重。6.如权利要求1所述的系统，其中所述重构模块被配置为使用与移动平均和最大模原理中的一个或多个对应的时域平滑来重构。7.如权利要求1所述的系统，进一步包含诊断处理器，其被配置为基于所述BCG信号和期望的光电容积描记图(PPG)信号之间的预定义的频率变换函数将所述BCG信号转变为类PPG波形。8.如权利要求1所述的系统，进一步包含诊断处理器，其被配置为基于所述BCG信号和所述重构信号中的至少一者的倒频谱Cepstrum分析来确定心率。9.如权利要求1所述的系统，进一步包含诊断处理器，其被配置为当在所述当前信道检测到运动时选择下一信道，其中所述下一信道是要被用于后续呼吸率估计周期的所述传感器模块的信道。10.如权利要求9所述的系统，其中用于选择所述下一信道的信道评估准则是基于由所述信道的甚低频(VLF)带中的峰值确定的呼吸率估计置信度指示符和由重构BCG信号的频谱中的峰值确定的心率估计置信度指示符中的至少一者的。11.一种存储机器可运行的指令的非暂态机器可读介质，当指令被运行时导致计算系统控制用于测量用户的生物信号的操作，所述操作...

【专利技术属性】
技术研发人员：李叶磊，MC威金斯，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR