具有光学心脏监测的电子健身设备制造技术

一种电子健身设备包括第一光发射器阵列、第一光接收器、第二光接收器和处理元件。第一光发射器阵列包括第一光发射器和第二光发射器，第一光发射器可操作以发射具有第一波长的第一光信号，第二光发射器可操作以发射具有第二波长的第二光信号。第一光接收器可操作以接收调制光信号，并生成由第一光信号得到的第一光电血管容积图(PPG)信号和由第二光信号得到的第二PPG信号。第二光接收器可操作以接收调制光信号，并生成由第一光信号得到的第三PPG信号和由第二光信号得到的第四PPG信号。处理元件可操作以基于所接收的PPG信号确定用户的心脏信息。

Electronic fitness equipment with optical heart monitoring

An electronic fitness device includes an array of first light transmitters, a first light receiver, a second light receiver and a processing element. The first optical transmitter array includes a first optical transmitter and a second optical transmitter, the first optical transmitter can be operated to transmit a first optical signal with a first wavelength, and the second optical transmitter can be operated to transmit a second optical signal with a second wavelength. The first optical receiver can be operated to receive the modulated optical signal and generate a first photoplethysmogram (PPG) signal obtained from the first optical signal and a second PPG signal obtained from the second optical signal. The second optical receiver may operate to receive the modulated optical signal and generate a third PPG signal obtained from the first optical signal and a fourth PPG signal obtained from the second optical signal. The processing element can operate to determine the user's heart information based on the received PPG signal.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有光学心脏监测的电子健身设备相关申请本申请根据35U.S.C§119(e)要求2017年5月4日提交的名称为“ImprovedSNRofComponentsinPPGSignal”的美国临时申请第62/501,522号，2017年10月12日提交的名称为“ImprovedOpticalCardiacMonitor”的临时申请第62/571,606号，2017年11月1日提交的名称为“ImprovedOpticalCardiacMonitor”的申请第62/580,308号的权益，上述临时申请通过引用整体并入本文。
技术介绍
电子健身设备可以提供设备的用户的光学心脏监测。用户(佩戴者)可以是任何个体，其佩戴电子设备以使得电子设备的壳体贴近个体的皮肤(例如，佩戴在人的手腕、腹部、腿部等处)。心脏监测可以包括生理指标和信息，诸如用户心率。电子健身设备可以利用光电血管容积图(PPG)信号来确定心脏监测信息。PPG信号通常由光电二极管输出，并且通常用于识别邻近光电二极管的皮肤中的血液体积的变化，并且在包含多次心跳的一段时间内收集。电子健身设备可包括光学器件，例如光发射器，其将光信号(光)发射到用户的皮肤中；以及光接收器，其接收来自皮肤的光信号(光)的反射并生成与接收光的强度对应的PPG信号。通常，电子健身设备包括壳体和带子，带子使其能够佩戴在用户的手腕、手臂、腿部或躯干上，并且光学器件定位在壳体的背部或底壁上以定向光学器件在设备被佩戴时输出光和从用户皮肤接收光。
技术实现思路
申请人已经观察到，鉴于用户的运动和来自各种源的电子噪声，可以提高PPG信号的准确度。本技术的实施例提供了一种电子健身设备，用于通过利用多个PPG信号来确定心脏监测信息，以减少或应对运动和电子噪声。电子健身设备的一个实施例总体上包括壳体、第一光发射器阵列，第一透镜、第一光接收器、第二透镜、第二光接收器、第三透镜和处理元件。壳体包括底壁和一个或多个侧壁。第一光发射器阵列位于底壁上的第一开口中，并且包括可操作以发射具有第一波长的第一光信号的第一光发射器和可操作以发射具有第二波长的第二光信号的第二光发射器。第一透镜覆盖第一光发射器阵列并且可操作以将第一和第二光信号引导到用户的皮肤中。第一光接收器位于底壁上的第二开口中，与第一光发射器组件相距第一距离。第一光接收器可操作以接收由用户的皮肤调制的光信号，并生成由第一光信号得到的第一光电血管容积图(PPG)信号和由第二光信号得到的第二PPG信号。第二透镜覆盖第一光接收器并且可操作以将光信号从皮肤引导到第一光接收器。第二光接收器位于底壁上的第三开口中，与第一光发射器阵列相距第二距离。第二光接收器可操作以接收由用户的皮肤调制的光信号，并生成由第一光信号得到的第三PPG信号和由第二光信号得到的第四PPG信号。第三透镜覆盖第二光接收器并且可操作以将从皮肤反射的光信号引导到第二光接收器。处理元件与第一光发射器阵列以及第一和第二光接收器电子通信。处理元件可操作以：控制第一光发射器在第一时间段期间发送第一光信号，控制第二光发射器在第二时间段期间发送第二光信号，从第一光接收器和第二光接收器接收PPG信号，并基于所接收的PPG信号确定用户的心脏信息。本技术的另一实施例提供了一种电子健身设备，其总体上包括壳体、第一光发射器、第二光发射器、第三光发射器、第四光发射器、光接收器、和处理元件。壳体包括底壁和一个或多个侧壁。第一光发射器沿着底壁定位并且可操作以将具有第一波长的第一光信号发送到用户的皮肤中。第二光发射器沿着底壁定位并且可操作以将具有第二波长的第二光信号发送到用户的皮肤中。第三光发射器沿着底壁定位并且可操作以将具有第三波长的第三光信号发送到用户的皮肤中。第四光发射器沿着底壁定位并且可操作以将具有第四波长的第四光信号发送到用户的皮肤中。光接收器沿底壁定位。第一光接收器可操作以接收由用户的皮肤调制的光信号，并生成多个波长相关光电血管容积图(PPG)信号，每个波长相关PPG信号由连续的一个光信号得到并且与其波长相关。处理元件与光发射器和光接收器电子通信。处理元件可操作以：控制每个光发射器在单独的时间段内发送其光信号，从光接收器接收波长相关的PPG信号，基于第一波长相关PPG信号确定用户的心率，基于第二和第三波长相关PPG信号确定用户的脉搏氧饱和度，并利用第四波长相关PPG信号来减少第一、第二或第三波长相关PPG信号中的任何一个或多个的运动分量。本技术的又一实施例提供了一种电子健身设备，其总体上包括壳体、第一光发射器、第二光发射器、第一光接收器、第二光接收器和处理元件。壳体包括底壁和一个或多个侧壁。第一光发射器沿着底壁定位并且可操作以将具有第一波长的第一光信号发送到用户的皮肤中。第二光发射器沿着底壁定位并且可操作以将具有第二波长的第二光信号发送到用户的皮肤中。第一光接收器沿底壁定位。第一光接收器可操作以接收由用户的皮肤调制的光信号，并生成与第一波长相关的第一光电血管容积图(PPG)信号和与第二波长相关的第二PPG信号。第二光接收器沿底壁定位。第二光接收器可操作以接收由用户的皮肤调制的光信号，并生成与第一波长相关的第三PPG信号和与第二波长相关的第四PPG信号。处理元件与光发射器和光接收器电子通信。处理元件可操作以：控制每个光发射器在单独的时间段内发送其光信号，从第一光接收器和第二光接收器接收PPG信号，利用第一PPG信号和第三PPG信号生成第一波长PPG信号，利用第二PPG信号和第四PPG信号生成第二波长PPG信号，并基于第一和第二波长PPG信号确定用户的心脏信息。提供本
技术实现思路
是为了以简化的形式介绍概念的选择，这些概念将在下面的详细描述中被进一步描述。本
技术实现思路
不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。从以下对实施例的详细描述和附图中，本技术的其他方面和优点将变得清楚。附图说明下面参考附图详细描述本技术的实施例，其中：图1是佩戴在用户手腕上的根据本技术的各种实施例构造的电子健身设备的俯视图；图2是可以由电子健身设备在一段时间内生成的光电血管容积图(PPG)信号波形的曲线图；图3是电子健身设备和用户手腕的示意性侧剖视图，描绘了光信号通过用户的皮肤和组织的传输；图4是所估计的光信号的血液吸收对比光信号的波长的曲线图；图5是电子健身设备的各种电子部件的示意性框图；图6是多个光发射器阵列和光接收器的示意图，示出了由每个光发射器发射并由多个光接收器接收的光信号的路径；图7是图6的光发射器和光接收器的另一示意图，光发射器被配置为基于光接收器接收的光信号输出用于实现所指示功能的光信号；图8是显示用户的心脏信息的电子健身设备的显示器的多个屏幕截图；图9是显示用于获取心脏信息的测量过程的状态的显示器的多个屏幕截图；图10是用于改进用于获取心脏信息的测量过程的性能的显示器的多个屏幕截图；图11是示出涉及发射多个光信号、接收多个光信号的反射、生成与各光信号对应的PPG信号的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子健身设备，包括：/n壳体，包括底壁和一个或多个侧壁；/n第一光发射器阵列，位于底壁上的第一开口中，并包括能够操作以发射具有第一波长的第一光信号的第一光发射器和能够操作以发射具有第二波长的第二光信号的第二光发射器；/n第一透镜，覆盖第一光发射器阵列并且能够操作以将第一光信号和第二光信号引导到用户的皮肤中；/n第一光接收器，位于底壁上的第二开口中，与第一光发射器组件相距第一距离，所述第一光接收器能够操作以接收由用户的皮肤调制的光信号，并生成由第一光信号得到的第一光电血管容积图(PPG)信号和由第二光信号得到的第二PPG信号；/n第二透镜，覆盖第一光接收器并且能够操作以将来自皮肤的光信号引导到第一光接收器；/n第二光接收器，位于底壁上的第三开口中，与第一光发射器阵列相距第二距离，所述第二光接收器能够操作以接收由用户的皮肤调制的光信号，并生成由第一光信号得到的第三PPG信号和由第二光信号得到的第四PPG信号；/n第三透镜，覆盖第二光接收器并且能够操作以将从皮肤反射的光信号引导到第二光接收器；以及/n处理元件，与第一光发射器阵列以及第一光接收器和第二光接收器电子通信，所述处理元件能够操作以：/n控制第一光发射器在第一时间段期间发送第一光信号，/n控制第二光发射器在第二时间段期间发送第二光信号，/n从第一光接收器和第二光接收器接收PPG信号，并且/n基于所接收的PPG信号确定用户的心脏信息。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170504 US 62/501,522;20171012 US 62/571,606;20171.一种电子健身设备，包括：
壳体，包括底壁和一个或多个侧壁；
第一光发射器阵列，位于底壁上的第一开口中，并包括能够操作以发射具有第一波长的第一光信号的第一光发射器和能够操作以发射具有第二波长的第二光信号的第二光发射器；
第一透镜，覆盖第一光发射器阵列并且能够操作以将第一光信号和第二光信号引导到用户的皮肤中；
第一光接收器，位于底壁上的第二开口中，与第一光发射器组件相距第一距离，所述第一光接收器能够操作以接收由用户的皮肤调制的光信号，并生成由第一光信号得到的第一光电血管容积图(PPG)信号和由第二光信号得到的第二PPG信号；
第二透镜，覆盖第一光接收器并且能够操作以将来自皮肤的光信号引导到第一光接收器；
第二光接收器，位于底壁上的第三开口中，与第一光发射器阵列相距第二距离，所述第二光接收器能够操作以接收由用户的皮肤调制的光信号，并生成由第一光信号得到的第三PPG信号和由第二光信号得到的第四PPG信号；
第三透镜，覆盖第二光接收器并且能够操作以将从皮肤反射的光信号引导到第二光接收器；以及
处理元件，与第一光发射器阵列以及第一光接收器和第二光接收器电子通信，所述处理元件能够操作以：
控制第一光发射器在第一时间段期间发送第一光信号，
控制第二光发射器在第二时间段期间发送第二光信号，
从第一光接收器和第二光接收器接收PPG信号，并且
基于所接收的PPG信号确定用户的心脏信息。


2.根据权利要求1所述的电子健身设备，其中，从第一光发射器阵列发送到第一光接收器的光信号所经过的距离大于从第一光发射器阵列发送到第二光接收器的光信号所经过的距离。


3.根据权利要求1所述的电子健身设备，其中，
第一PPG信号和第三PPG信号与第一波长相关，
第二PPG信号和第四PPG信号与第二波长相关，并且
处理元件还能够操作以：
基于第一PPG信号和第三PPG信号生成与第一波长相关的第一波长PPG信号，并且
基于第二PPG信号和第四PPG信号生成与第二波长相关的第二波长PPG信号。


4.根据权利要求3所述的电子健身设备，其中，所述处理元件还能够操作以利用所述第一波长PPG信号和所述第二波长PPG信号来确定用户的脉搏氧饱和度。


5.根据权利要求4所述的电子健身设备，其中，所述第一波长的范围为大约630nm到大约660nm，并且所述第二波长的范围为大约900nm到大约940nm。


6.根据权利要求3所述的电子健身设备，其中，所述处理元件还能够操作以：
计算所述第一PPG信号和所述第三PPG信号的平均值以生成所述第一波长PPG信号，并且
计算所述第二PPG信号和所述第四PPG信号的平均值以生成所述第二波长PPG信号。


7.根据权利要求3所述的电子健身设备，其中，所述处理元件还能够操作以：
选择所述第一PPG信号和所述第三PPG信号中的一个以生成所述第一波长PPG信号，并且
选择所述第二PPG信号和所述第四PPG信号中的一个以生成第二波长PPG信号。


8.根据权利要求3所述的电子健身设备，其中，所述处理元件还能够操作以利用所述第二波长PPG信号来最小化所述第一波长PPG信号的运动分量。


9.根据权利要求3所述的电子健身设备，其中，所述处理元件还能够操作以：
识别所述第一PPG信号的与所述第三PPG信号的一个或多个分量显著相关的分量，
识别所述第二PPG信号的与所述第四PPG信号的一个或多个分量显著相关的分量，
基于第一PPG信号和第三PPG信号的相关性生成第一波长PPG信号，并且
基于第二PPG信号和第四PPG信号的相关性生成第二波长PPG信号。


10.根据权利要求3所述的电子健身设备，其中，所述处理元件还能够操作以利用所述第一波长PPG信号来确定用户的心率。


11.根据权利要求1所述的电子健身设备，其中，
第一PPG信号和第三PPG信号与第一波长相关，
第二PPG信号和第四PPG信号与第二波长相关，并且
处理元件还能够操作以：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·R·麦克唐纳德，C·J·库拉奇，J·K·鲁尼，
申请(专利权)人：佳明瑞士有限责任公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH