用于身体安装的装置的自动取向校准制造方法及图纸

为了消除姿势检测装置对令人厌倦的复杂校准过程的需求，提供了用于确定身体安装或植入的装置（1）相对于身体（2）的取向的措施，所述装置（1）具有取向检测单元，其中，采用取向检测单元在一定时间期内的不受控制的输出连同在身体参考系（xb，yb，zb）中定义的一个或多个参考条件来确定装置的相对取向，并由此实现校准。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于植入或身体安装的装置相对于身体的取向的自动校准的装置、系统和方法。此外，本专利技术还涉及采用所述装置进行用户的姿势检测。
技术介绍
随着一般的医院病房和家庭当中的患者监护变得越来越普遍，还必须对获得监测参数所处的情况进行自动评估。例如，身体姿势对心率、呼吸率等具有高度影响，因而应当根据患者的姿势对这些参数进行评估。此外，一些药物或医学装置的应用要取决于患者的活动或身体姿势。因而，身体姿势变成了医学监测或者提供诸如心脏起搏、药物输送等装置辅助治疗的重要参数。为了确定用户的身体姿势，一般而言，采用身体安装或植入的装置中包含的三维 加速度计。加速度计不仅对实际加速度敏感，而且对重力场敏感。因此，在没有大的加速度的情况下，加速度计的输出反映其相对于地球重力场的方向的取向，至少对于不仅在高频范围内灵敏的加速度计类型而言是这样。因而，所述加速度计输出的DC分量受到重力的高度地支配。一般根据重力测量加速度。因此，相对于地球表面静息的加速度计将指示向上的Ig,因为地球表面上的任何点都是相对于局域惯性坐标系向上加速的。优选采用DC加速度计确定相对于地球表面的取向，具体而言，DC加速度计在低频范围内具有优越的确定加速度计的取向的性能，例如，电容加速度计、小的微机电系统(MEMS)、压电一电阻加速度计等。因而，附着至人体的加速度计提供了不仅与这些部分的加速度相关的信息，还提供了与其相对于重力的取向相关的信息。可以采用这些取向描述姿势，例如，站立、坐下、躺臣卜、仰卧、俯卧等。就身体姿势而言，身体的最具区分性的部分是躯干或身躯，即，胸部和腹部的组合。然而，要想确定身体姿势，必须首先确定结合了三维加速度计的装置相对于身体的取向。如图1所示，针对人体的躯干定义的三维坐标系(b坐标系xb，yb，zb)与针对附着至人体的加速度计或加速度计量装置定义的三维坐标系(a坐标系xa，ya, za) 一般不对准，它们具有不同的取向。这可能归因于身体的弯曲，例如，胸部的弯曲，也可能归因于放置的不准确。为了以能够实现相应的应用所需的详细程度的充分可靠性来确定加速度计坐标系Ca系统xa，ya, za)相对于人体坐标系(b系统xb，yb, zb)的取向，已知四类校准1.目测检查，2.额外测量，3.校准过程，4.根据加速度计输出的校准。第一校准方法是在加速度计装置附着在身体上的过程中或者是在其后发生的，其中，可以通过目测检查来评估所述装置的相对取向。其需要本领域技术人员在场，并且需要预留时间。此外，对于大部分应用而言，这些方法的准确度和精确度水平可能不够。作为目测检查的备选，可以采用一些额外的测量装置定量地确定相对装置取向，例如，角度和距离测量或者照相机观测。这一类别尤其要求这样的额外装置的可获得性和熟练应用以及可用时间(在大多数情况下)。另一种可能性是假定充分的对准。然而这要求放置过程中的技能和注意力。并且，由于身体弯曲等原因理想的放置是不可能的。因而，偏差可能导致不断的姿势错误辨识。对于第三种校准流程而言，可以在使加速度计量装置附着至人体的同时要求接受测量的人接连采取一组不同的明确定义的姿势。借助已知的这组姿势和在这一过程中记录的加速度计量输出，能够以足够的可靠度确定相对的装置取向，从而至少辨别出该过程中的姿势。然而，这一类中的方法的要求包括对象的配合，以及能够采取一定范围内的姿势，还需要有可用的时间。最后一类可以是针对不需要任何额外资源的方法界定的，S卩，仅采用一定时间期内的不受控制的加速度计输出来确定相对装置取向。可以采用不同的加速度计量信号特征来识别姿势的具体特征。此外，这些方法可能要结合具有环境和对象特异性的知识，例如，典型的不同姿势的普及。本专利技术属于这一类。在美国专利No. 6044297中描述了属于这一类的另一种方法。在这种方法中，检测所谓的活动计数(超过特定阈值的加速度计量峰值)。假定这些计数仅发生在直立姿势当 中。所述方法还假定直立姿势的检测构成了充分的装置取向校准，因为既不要求需要进一步校准的装置附着，也不需要对非直立姿势的更为详细的辨别。此外，所述加速度计量峰值主要涉及中强身体活动中的周期性加速度，例如，行走、跑步和骑车。因此，这一方法不太适合评估强度较低的身体活动类型，例如，在座位或者床上的活动。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供适于减少与现有装置相关的对人、时间和/或额外设备资源方面的要求的装置、系统和方法，以及姿势检测应用中的装置取向校准方法，同时提供用于在三维空间内准确、廉价而快速地检测相对于身体的装置取向的措施。本专利技术的另一目的在于确定对象的身体姿势。所述目的是通过独立权利要求的特征实现的。更具体而言，本专利技术基于这样一种见地，即，取向检测单元测得的取向数据中的姿势不仅能够通过其对应的重力方向来识别，还能够通过一些其他特征来识别。因而，取向检测单元在一定时间期内的不受控制的输出连同在身体参考系中定义的一个或多个参考条件应当足以确定取向检测单元的相对取向，因而足以用于校准。在本专利技术的一个方面中，提供了一种能够确定相对于身体的装置取向的能植入或者能身体安装的装置。所述装置包括三维(即，三轴)取向检测单元，其能够测量其三个轴中的每者相对于其参考系的取向数据。另外，所述装置包括控制单元，以便利用测得的取向数据以及在身体参考系中定义的至少一个预定参考条件来确定装置相对于身体的取向。因而，在最优选的实施例中，取向检测单元在不需要任何条件或假设的情况下在其参考系内测量取向数据。所述控制单元可以将在所述身体参考系中定义的至少一个参考条件应用于测得的取向数据，并利用所述参考条件在测得的取向数据中识别或计算身体参考系的第一轴和第二轴。因而，所述控制单元能够通过利用所述参考条件和所测得的取向数据确定身体参考系与取向检测单元的参考系之间的变换关系来确定装置相对于身体的取向。优选地，所述装置还包括用于经由有线或无线通信发送和/或接收信号的通信单元。例如，所述装置可以将原始和/或处理的取向数据和/或所确定的相对装置取向发送给外部装置，例如，计算机、PDA、移动通信终端等。此外，所述装置可以包括用于存储数据、所确定的相对装置取向、参考条件、约束条件、假设条件等的存储器。所述参考条件应当允许确定所述取向检测单元的参考系与身体参考系之间的唯一关系。这样的参考条件可能涉及与身体姿势有关的特定活动模式、考虑用户的情况或身体条件的特定身体姿势流行度、特定身体姿势的不存在或者可能性微乎其微(头朝下)等。优选根据测量情况或应用来设定参考条件。通过在身体坐标系中定义参考条件，定义了在取向检测单元的参考系和身体坐标系内测得的数据之间的关系。当然，可以交换在身体参考系中定义参考条件和在取向检测单元的参考系内测量取向数据的步骤的顺序。因而，根据本专利技术，仅采用包含在身体安装或植入的装置内的三维取向检测单元的输出信号和有关测量情况的一般信息来自动校准装置相对于身体的三维取向。所得到的优点是能够在不对人、时间和/或额外设备做出严格要求的情况下应用姿势检测。为了确定装置相对于身体的取向，可以确定身体参考系和取向检测单元的参考系 之间的变换关系。出于此，可以假定两坐标系的原点重合。在这种情况下，从一个坐标系向另一坐标系的变换将涉及旋转。此外，可以存储所确定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.27 EP 10170857.61.一种用于确定其相对于身体(2)的取向的能植入或者能安装到所述身体(2)上的装置，包括 -三维取向检测单元，其适于在所述取向检测单元的参考系(xa，ya, za)中测量取向数据；以及 -控制单元，其适于通过利用在身体参考系(xb，yb, zb)中定义的至少一个预定参考条件和所测得的取向数据确定所述身体参考系(xb，yb，zb)与所述取向检测单元的参考系(xa，ya，za)之间的变换关系，来确定所述装置(I)相对于所述身体(2)的相对取向。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述取向检测单元包括三维加速度计。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述参考条件包括在所述身体参考系(xb，yb，zb)中定义的具有至少一个预定特征的参考姿势和/或参考姿势范围。4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述参考姿势或者参考姿势范围的所述至少一个预定特征涉及相对于其他姿势的高或低普遍性水平和/或高或低活动性水平。5.根据权利要求3或4所述的装置，其中，所述控制单元还适于在所述取向检测单元的参考系(xa，ya，za)中利用所述预定特征在所测得的取向数据中识别所述参考姿势和/或参考姿势范围。6.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，能够定义至少一个或多个约束条件和/或假设条件以确定所述取向。7.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述控制单元适于通过设置相继数据点之间的最大空间距离来过滤快速变化的姿势。8.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述控制单元还适于计算所测得的取向数据的至少一个统计参数。9.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述控制单元还适于对所测得的取向数据执行聚类分析，和/或针对所述取向检测单元的参考系(xa，la，Za)的每一轴对所测得的取向数据进行单独处理，从而得到三维值。10.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述控制单元适于按照预定时间间隔和/或...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·范登赫费尔，H·杜里克，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：
国别省市：