利用具有两种波长的光波测量脉搏的方法和设备技术

该方法使得尤其可能利用脉搏测量设备（１）确定人的心跳。光波由具有对人的脉搏跳动和运动敏感的第一波长（λ１）以及具有不同于所述第一波长并且对人的运动敏感的第二波长（λ２）的两个光源（５，６）所生成。所述光波在人的皮肤方向上进行传送。光电检测器（７）检测所反射的光波以提供电测量信号。其后，基于光谱相干函数γ通过公式计算至少一个非相干功率谱，所述光谱相干函数γ考虑了与第一波长相关的测量信号和与第二波长相关的测量信号之间的依赖性，其中是是与所检测的光波的第一波长相关的测量信号的平均傅立叶功率谱，并且γ２处于０和１之间。最后，基于所述非相干功率谱确定心跳。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于测量脉搏的方法。该方法使得可能基于利用人所携带的脉搏测 量设备所提取的有用信号来确定人的心跳或心脏跳动。为了实现这一目的，脉搏测量设 备尤其是使用具有两种不同波长的光波。本专利技术同样涉及利用具有两种不同波长的光波测量脉搏的设备以便实施所述方法。
技术介绍
对于确定心跳的血管容积调制的光学测量而言，必须要考虑在特定波长时血红 蛋白比其它组织吸收更多光的事实。为了实现这一目的，已知使用两个具有不同波长的 光束来尤其是测量心跳或心脏跳动。因此，可以引用描述了光电血氧计的专利US4770179。该光电血氧计使用第一 红色LED 二极管和第二红外LED 二极管以便对人的血管进行照射，并且使用诸如光电二 极管的感光器以检测所反射的光。利用该光电血氧计，所述信号在人运动期间的调制所 导致的光信号的重大误差来源得以被观察到。该调制能够比血液所进行的光吸收的调制 大数个量级，这构成了这种光电血氧计的缺陷。出于该原因，该光电血氧计不可能考虑 人的运动以精确确定血管容积的调制，即心跳。同样，能够引用描述了用于控制脉搏的设备的专利FR2511594。该设备包括两 个红外LED 二极管，以及用于测量运动员例如在运动时的心脏跳动的光电检测器。然 而，并没有提供正在运动的人与处于静止位置的人的脉搏测量之间的精确差异。同样没 有考虑血液所进行的吸收比人的运动所进行的信号调制对波长更为挑剔这一事实以便可 能进行脉搏测量。此外，同样没有提供对环境光的影响进行抑制，而环境光是脉搏测量 误差的另一个来源。在专利申请US2005/0075553中提出了针对与人的运动关联的脉搏测量问题的一 种解决方案。该专利申请描述了一种方法和诸如腕表的便携式设备，用于对诸如心跳的 生物信息以及神经系统的功能进行管理。所述腕表包括传感器设备以及连接到所述传感 器设备以控制该传感器设备的微控制器单元，所述传感器设备具有绿色LED 二极管、红 外LED 二极管和光电二极管，所述光电二极管用于检测由皮肤和血管所反射并且来自交 替接通的LED 二极管的光。绿色光波使得可能获得用于检测脉搏跳动和运动的信号，而 红外光波实质上使得可能获得来自佩戴所述手表的人的运动的信号。所述微控制器单元接收来自所述传感器设备的模拟/数字转换器的数字信号。 该单元对从绿色和红外光波所接收的数字信号进行快速傅立叶变换(FFT)。在对傅立叶 光谱进行标准化之后，从绿色光波的光谱中减去红外光波的光谱以便能够去除运动的影 响并且计算人的脉搏。然而，光波的强度必须良好适配以允许完全去除在光波的傅立叶 光谱的减法运算之后的运动影响，而这是一种缺陷。此外，在进行脉搏测量时观测到高 的耗电量，这构成了另一缺陷。
技术实现思路
因此，本专利技术的目标是通过提供一种用于利用脉冲测量设备确定人的心跳的方 法来克服以上所提到的现有技术的缺陷，所述方法使得可能容易地确定脉搏而无需依赖 于所生成和检测到的光波的强度。为此，本专利技术涉及一种用于利用脉搏测量设备确定人的心跳的方法，其包括独 立权利要求1中所限定的特征。所述用于确定心跳的方法的特定步骤在从属权利要求2至7中进行限定。根据本专利技术的方法的一个优势在于以下事实计算被应用于由检测器所提供的 测量信号的光谱相干函数。所述相干函数使得可能有效区分心跳和人的运动的影响。由 此可能根据该相干函数确定平均非相干功率谱一从该非相干功率谱很容易提取有用脉搏 跳动信号。因此不再需要精确调整由检测器所检测到的强度差异。根据本专利技术的方法的另一优势在于以下事实同样可能基于平均相干功率谱提 取人的运动的有用信号。由此能够借助于该平均相干功率谱来确定人的运动频率。为此，本专利技术同样涉及一种脉搏测量设备，其适于实施所述用于确定人的心跳 的方法，该脉搏测量设备包括独立权利要求8中所限定的特征。所述脉搏测量设备的特定实施例在从属权利要求9至11中进行限定。为此，本专利技术同样涉及一种便携式电子仪器，诸如配备有脉搏测量设备的腕 表，该便携式电子仪器包括独立权利要求12的特征。附图说明通过以下结合附图对本专利技术的至少一个实施例所进行的描述，所述用于确定人 的心跳的方法以及用于实施该方法的设备的目标、优势和特征将更为清楚，其中图1表示用于实施根据本专利技术的方法的脉搏测量设备的各种组件的框图；图2表示在设备的佩戴者没有运动的情况下根据本专利技术的脉搏测量设备的光电 检测器所检测到的具有两种波长的信号的时序图；图3表示在设备的佩戴者运动的情况下根据本专利技术的脉搏测量设备的光电检测 器所检测到的具有两种波长的信号的时序图；图4表示在设备的佩戴者运动的情况下根据本专利技术的脉搏测量设备的光电检测 器所检测到的具有两种波长的信号的傅立叶光谱示图；图5表示在运动的情况下根据本专利技术的脉搏测量设备的光电检测器所检测到的 信号的相干傅立叶功率谱示图；图6表示在运动的情况下根据本专利技术的脉搏测量设备的光电检测器所检测到的 信号的非相干傅立叶功率谱示图；图7表示光源所生成的光脉冲的时序图以及由根据本专利技术的脉搏测量设备的光 电检测器和模拟_数字转换器进行的测量的时序图。具体实施例方式在以下描述中，脉搏测量设备中所有本领域技术人员已知的元件将仅以简化方式提及，尤其是关于用于结合所检测到的光波对数字信号进行处理的微控制器单元。所 述脉搏测量设备能够被集成在能够与佩戴者的皮肤相接触的便携式电子仪器中，诸如腕 表、便携式电话、计量器(badge)或其它仪器。在图1中，表示出了脉搏测量设备1。该设备包括光学检测单元2和光电检测器 7,所述光学检测单元2通常由两个光源所构成，诸如两个电致发光LED 二极管5和6， 所述光电检测器包括至少一个光电二极管。每个所述LED 二极管发射具有不同波长的光 波。第一 LED 二极管5产生具有第一波长λ工的光波，优选地，所述第一波长λ工处于 绿色范围之内，而第二LED 二极管6产生具有第二波长λ 2的光波，优选地，所述第二波 长λ 2处于红色或红外范围之内。脉搏测量设备1还包括微控制器单元3和显示器4。该显示器利用微控制器单元 3的数据和控制总线30连接到该单元，该数据和控制总线30同样连接微控制器单元3的 各个组件。显示器4例如可以是液晶设备或者其它类型，以便于能够在用户请求时显示 与脉搏测量相关的信息。由微控制器单元控制的显示器能够在脉搏测量期间连续显示与 脉搏测量相关的信息或者在存储到存储器器件中之后在脉搏测量后的任意时间显示与脉 搏测量相关的信息。由此多个脉搏数值能够被存储并在请求时显示在所述显示器上。所述微控制器单元首先包括电源，所述电源被定义为诸如用于为脉搏测量设备 的所有组件供电的电池13。该微控制器单元还包括数字-模拟转换器10，以用于遵循 诸如处理器的处理单元9所提供的数字命令而分别为每个LED 二极管5和6提供激活信 号。所述微控制器单元同样包括模拟-数字转换器8，用于接收光电检测器7所检测到 的测量信号并且对它们进行数字转换以便在处理单元9中进行处理操作。所述微控制器 单元还包括存储器器件，这些存储器器件被定义为例如ROM型存储器12以及RAM型存 储器11。ROM存储器12包括用于操作所述微控制器单元的所有指令以及特定的配置参 数。RAM型存储器11意在尤其是在脉搏测量设备的操作期本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用脉搏测量设备（１）确定人的心跳的方法，所述脉搏测量设备（１）包括用于发射具有第一波长（λ１）的光波的第一光源（５），用于发射具有第二波长（λ２）的光波的第二光源（６），以及用于检测由皮肤和血管组织所反射的光并且向微控制器单元（３）提供测量信号的光电检测器（７），所述第一波长和第二波长不同并且被确定为使得具有第一波长的光波对脉搏跳动以及人的运动敏感，并且使得具有第二波长的光波对运动敏感，其特征在于该方法包括步骤：－利用第一光源（５）和第二光源（６）生成具有第一波长（λ１）和第二波长（λ２）的光波，并且将这些光波在人的皮肤方向上传送，－检测被皮肤和血管组织所反射的具有第一波长和第二波长的光波以提供电测量信号，－基于光谱相干函数γ通过公式Ｓ↓［ＮＣ］＝（１－γ↑［２］）·＊计算至少一个非相干功率谱，所述光谱相干函数γ考虑了与第一波长相关的测量信号和与第二波长相关的测量信号之间的依赖性，其中＊是与所检测到的光波的第一波长相关的测量信号的平均傅立叶功率谱，并且γ↑［２］处于０和１之间，并且－利用非相干功率谱确定人的心跳。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A约尔诺德，
申请(专利权)人：斯沃奇集团研究及开发有限公司，
类型：发明
国别省市：CH