具有体积描记传感器的可穿戴设备制造技术

使用智能手表或智能手环监测中心血压参数。智能手表或智能手环上的PPG传感器适于感测穿戴智能手表或智能手环的人的手指(或下腕部/桡动脉)中的血液灌流。PPG信号捕捉心血管特征，这些特征可以在适当的滤波和处理后被检测到。使用传递函数方法的信号处理产生未校准的中心压力波形，该波形可用于计算显示在智能手表或智能手环上的各种心血管参数或参数指标。数字信号处理可以在智能手表或智能手环、智能手机、膝上型电脑或云端中实现。膝上型电脑或云端中实现。膝上型电脑或云端中实现。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有体积描记传感器的可穿戴设备

技术介绍

[0001]由于接近心脏，主动脉血压波形具有反映心血管系统状态的波形特征。这些特征是动脉和心脏负荷的临床重要指标，也是心血管事件和疾病的早期独立预测标志。然而，在过去，准确记录高保真主动脉血压波形需要侵入性治疗，以在动脉内插入带有压力传感器的导管。因此，创建了非侵入性方法来从外周(例如桡动脉、肱动脉)动脉压脉冲记录中估计主动脉压力波形及其心血管相关特征。
[0002]最常用和最有效的方法之一是使用传递函数将高保真的非侵入性记录的外周压力波形转换为具有心血管相关特征的中心主动脉压力波形(Michael O
’
rourke，“根据外周动脉中压力脉冲的轮廓确定升主动脉中压力脉冲和相关参数的方法”，美国专利5,265,011号，1993年11月23日)。传递函数表示为输入外周压力波形和输出中心主动脉压力波形之间的谐波比。代替使用压力到压力的传递函数，另一种方法应用了不同的传递函数，将袖带获取的肱动脉容积位移波形转换为具有特征的中心压力波形(Ahmad Qasem，“肱臂袖带”，美国专利9,314,170号，2016年4月19日)。肱臂袖带必须充气到设定的压力值，以记录一致的肱动脉容积位移信号。
[0003]通过这些方法中估计的中心压力波形及其特征已得到验证，并且已被证明可提供有临床价值的动脉僵硬度、心脏负荷应力、动脉年龄、心脏运动能力和心血管风险预测指标。即使没有症状，监测、管理和控制这些测量的特征也很重要。向普通人群提供关于这些特征的数据或信息将有用或有益于监测心脏健康。然而，目前这些有临床意义的特征需要在临床环境中使用医疗设备进行测量，这些医疗设备需要对桡动脉脉冲信号进行细致的张力计记录，或者将袖带充气到设定的压力来记录肱动脉容积位移脉冲。
[0004]本专利技术通过将来自移动智能手机、健身带或智能手表上的普通可穿戴PPG(体积描记)传感器的信号，转换为类似于O'Rourke和Qasem专利方法的输出的具有心血管相关特征的中心主动脉压力波形，解决了这些特征对普通人群的可及性。这种新方法应用了传递函数，将来自手指的PPG信号转换为中心压力波形信号。然后，根据中心压力波形计算特征，并将其显示为心脏健康指标，以指导用户频繁监测其健康状况。
[0005]本专利技术的目的是将普通的可穿戴智能手表或移动PPG传感器信号处理并转换为具有心血管相关特征的中心主动脉压力脉冲，以便显示这些健康指标，从而指导普通用户维持和管理其心脏健康。

技术实现思路

[0006]本专利技术涉及一种使用PPG传感器监测中心血压参数的方法，该传感器理想地在智能手表或智能手环上，但是本专利技术的各方面也可以用于使用膝上型电脑或鼠标的实施例。智能手表或智能手环被构造为具有微控制器单元(MCU)和PPG传感器，该PPG传感器适于感测穿戴智能手表或智能手环的人的手指(例如食指)中的血液灌流。已经发现，感测手指中的血液灌流会产生信号，在该信号中，在适当的滤波和处理后，可以检测到心血管特征。另一方面，心血管特征不能通过将手腕背面靠在PPG传感器上被检测到，至少不能被可靠地检
测到。图8示出了反转后的手指PPG脉冲和反转后的上腕PPG脉冲的示例。反转后的手指PPG脉冲具有如箭头所示的特征，而反转后的上腕PPG脉冲没有特征。
[0007]当用户将手指放置在PPG传感器的暴露的光学部分上时，PPG传感器输出原始的模拟PPG信号。在一些实施例中，PPG传感器嵌入智能手表或智能手环的外壳中，并且PPG传感器的光学部分通过智能手表或智能手环的侧壁和/或侧壁上的边框暴露。PPG传感器的光学部分可以与外壳的表面齐平，但是理想的光学部分相对于外壳表面凹陷或凸起。光学部分的凸起或凹陷向用户提供触觉反馈，使得他们可以容易地确保手指完全覆盖PPG传感器的光学部分。在其他实施例中，PPG传感器可以附接到与智能手表或智能手环连接的腕带上，其中PPG传感器的光学部分从腕带向外暴露。在其他实施例中，PPG传感器可以位于手表的表面或智能手环的电子模块上。用户将其手指放置在PPG传感器上超过大约5秒的时间段，以便捕捉多个周期。PPG传感器向智能手表或智能手环上的MCU输出原始的模拟PPG信号。MCU或智能手表或智能手环上的其他电子电路将原始的模拟PPG信号转换为数字信号。尽管可以使用云端实现本专利技术，但理想地，在智能手表或智能手环上使用其MCU来处理该数字信号。如果使用云端，则数字信号将从智能手表或智能手环传输到云端，以进行进一步计算。智能手表或智能手环上的MCU可以在将数据传输到云端前对数据进行处理。此外，可以在与智能手表或智能手环相关联的智能手机上或者智能手机和云端的组合上实现某些数字处理。
[0008]通过低通滤波器和高通滤波器对数字信号进行处理。高通滤波器的目的是消除信号中的漂移。低通滤波器的目的是去除噪声，但重要的是低通滤波器不会滤掉相关的生理数据。数字信号在经过低通和高通滤波器的处理后必须进行反转。滤波后的手指PPG信号与手指中的血液体积成反比。重要的是找到对应于中心主动脉压力波形底部的波形部分。反转的原因是滤波后的手指PPG在脉冲开始时具有负斜率，而压力信号具有正斜率(上升支)。通过反转PPG信号，手指PPG和压力脉冲将具有相似的特征，这在估计传递函数时是重要的。如果输入和输出信号具有共同的对齐的特征，传递函数往往更稳定。下一步是在数字PPG信号被滤波和反转后检测数字PPG信号中的单个脉冲。然后，对几个单个脉冲进行平均，以产生平均的未校准的PPG脉冲。
[0009]将传递函数或传递函数的组合应用于平均的未校准的PPG脉冲，以生成保留了心血管波形特征的未校准的主动脉压力波形。未校准的主动脉压力波形的保留的心血管波形特征包括第一肩部、第二肩部和切迹，参见例如图7。一个或多个广义传递函数表示幅度和相位的谐波比，以将平均的未校准的PPG脉冲转换为保留了心血管相关特征的未校准的主动脉压力波形。在一个实施例中，有两个传递函数：一个将平均的PPG脉冲转换为未校准的径向压力脉冲，第二个传递函数将未校准的径向压力脉冲转换为未校准的中心主动脉脉冲。在另一实施例中，一个传递函数将平均的PPG脉冲转换为未校准的中心主动脉脉冲。
[0010]下一步是检测未校准的主动脉压力波形中的波形特征，并计算与未校准的主动脉压力波形相关的参数。有用的参数可以包括例如收缩曲线下的面积除以舒张曲线下的面积的比率，或者第一和第二肩部的收缩压相对于总高度的比率，或者外周压力波形高度与中心压力波形高度的比率，或者其他参数或计算值，例如总分。在智能手表或智能手环上显示一个或多个计算的参数或该计算的参数的指示，以方便用户查看。
[0011]根据PPG传感器的位置，也可以通过将手腕的手掌侧靠在传感器上来感测血液灌
流。更具体地，使用PPG传感器测量来自下腕部的桡动脉主干中的灌流，如果测量正确，可以产生呈现心血管特征的波形。示例的，可以使用带有PPG传感器的手环，该传感器靠在下腕部或手掌侧腕部的适当位置。已经发现，通过将PPG传感器靠着下腕部放置以测量通过桡动脉主本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种监测中心血压参数的方法，包括以下步骤：提供具有微控制器单元(MCU)和PPG传感器的可穿戴智能手表或智能手环，所述PPG传感器适于感测穿戴所述智能手表或智能手环的人的手指中的血液灌流，当用户将其手指放置在所述PPG传感器的暴露的光学部分上时，所述PPG传感器输出原始的模拟PPG信号；将所述用户的手指放置在所述PPG传感器的所述暴露的光学部分上超过约5秒的时间段，并向MCU输出原始的模拟PPG信号；将所述原始的模拟PPG信号转换为数字信号；通过低通滤波器和高通滤波器处理所述数字信号；在通过所述低通滤波器和所述高通滤波器处理所述数字信号后，对所述数字信号进行反转；在数字PPG信号被滤波和反转后，检测所述数字PPG信号中的单个脉冲；对几个单个脉冲进行平均以产生平均的未校准的PPG脉冲；将一个或多个传递函数应用于所述平均的未校准的PPG脉冲，以生成具有保留了心血管波形特征的未校准的主动脉压力波形，所述未校准的主动脉压力波形的所述保留的心血管波形特征包括第一肩部、第二肩部和切迹，所述一个或多个广义传递函数表示幅度和相位的谐波比，以将所述平均的未校准的PPG脉冲变换为所述具有保留的心血管波形特征的未校准的主动脉压力波形；检测所述未校准的主动脉压力波形中的波形特征，并计算与所述未校准的主动脉压力波形相关的参数；以及显示一个或多个所述计算的参数或所述计算的参数的指示。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述PPG传感器嵌入所述智能手表或智能手环的外壳中，并且所述PPG传感器的所述光学部分通过所述外壳的侧壁或所述外壳的所述侧壁上的边框暴露。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述PPG传感器附接到与所述智能手表或智能手环连接的腕带上，并且所述PPG传感器的光学部分从所述腕带向外暴露。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述PPG传感器的所述光学部分通过所述智能手表的表面暴露。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个传递函数包括第一传递函数和第二传递函数，所述第一传递函数将所述平均的反转后的PPG信号转换为未校准的外周压力波形，并由所述第二传递函数转换为未校准的中心压力波形。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述原始的模拟PPG信号被转换为所述数字信号后的一个或多个步骤在云端实现。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述原始的模拟PPG信号被转换为所述数字信号后的一个或多个步骤在智能电话上实现。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述PPG传感器的所述暴露的光学部分相对于所述PPG传感器的周围表面凹陷，或者相对于所述PPG传感器的周围表面凸起，使得所述用户的手指接收到整个光学部分是否已被所述用户的手指覆盖的触觉反馈。9.一种监测中心血压参数的方法，包括以下步骤：提供具有微控制器单元(MCU)和PPG传感器的智能手表或智能手环，所述PPG传感器适
于感测穿戴所述智能手表或智能手环的人的手腕中的血液灌流，当用户将其下腕部靠在所述PPG传感器的暴露的光学部分上时，所述PPG传感器输出原始的模拟PPG信号；将所述用户的下腕部靠在所述智能手表上超过约5秒的时间段，并向MCU输出原始的模拟PPG信号；将所述原始的模拟PPG信号转换为数字信号；通过低通滤波器和高通滤波器处理所述数字信号；在通过所述低通滤波器和所述高通滤波器处理所述数字信号后，对所述数字信号进行反转；在数字PPG信号被滤波和反转后，检测所述数字PPG信号中的单个脉冲；对几个单个脉冲进行平均以产生平均的未校准的PPG脉冲；将一个或多个传递函数应用于所述平均的未校准的PPG脉冲，以生成具有保留了心血管波形特征的未校准的主动脉压力波形，所述未校准的主动脉压力波形的所述保留的心血管波形特征包括第一肩部、第二肩部和...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：安科医疗私人有限公司，
类型：发明
国别省市：