CN101108126B - 戴于腕部的脉搏计和相关控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种脉搏计(10)，包括外壳(14)，该外壳包括电光脉冲测量装置(18)和电子电路，所述脉搏计(10)还包括能将外壳(14)的后盖压在腕部(12)的紧固腕带(16)，其特征在于，所述电光测量装置(18)包括至少两个光源(E1、E2、E3)以及至少两个接收器(R1、R2、R3)；所述光源(E1、E2、E3)和接收器(R1、R2、R3)以阵列的形式设置，该阵列包括两行(L1、L2)，每行取向为沿着垂直于腕部(12)方向(D1)的方向，以及至少两列(C1、C2、C3)，其取向为平行于腕部(12)方向(D1)的方向；以及，所述阵列的每行(L1、L2)交替地包括光源(E1、E2、E3)和接收器(R1、R2、R3)，并且阵列的每列(C1、C2、C3)交替地包括光源(E1、E2、E3)和接收器(R1、R2、R3)。本发明还提出了一种用于这种脉搏计(10)的控制方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种能戴在腕部的脉搏计及其控制方法。
本发明特别涉及一种戴在腕部的脉搏计，其包括外壳，该外壳包括，电光装置，用于测量戴着该脉搏计的人的脉搏，以及电子电路，用于处理测量以便计算脉搏，还包括能将外壳的后盖压在腕部的紧固腕带，其中电光测量装置包括至少一个光源和若干光接收器，其被设置在外壳的后盖中并取向为朝着腕部。
背景技术
这种类型的脉搏计具体公开在美国专利No.2003/0065269中。在该文献中，电光测量装置包括发光二极管，将其设置在由四个光电二极管所界定的正方形的中心，使得每个光电二极管位于距该发光二极管相同的距离处。
虽然该二极管和光电二极管的该设置通常可产生好的效果，但是有时可观察到脉搏测量可靠性的问题，特别是由于不同佩戴者之间的生理差别，例如关于腕部血管化作用。由于在腕部上外壳较差的位置，同样可以出现这些测量可靠性的问题。
发明内容
本发明的一个目的是通过提出一种简单又经济的方法来克服这些缺点。
这样，本发明提出一种上述类型的脉搏计，其特征在于电光测量装置包括至少两个光源以及至少两个光接收器，其特征在于以阵列的形式来设置该光源和接收器，该阵列包括每行取向成沿着垂直于腕部的方向的两行，和取向成平行于腕部方向的至少两列，其特征在于该阵列的每行交替地包括一个光源和一个接收器，并且阵列的每一列包括一个光源和一个接收器。
由于根据本发明的设置，尽管没有将接收器对称地围绕每个光源进行分布，但是可观察到提高了测量的可靠性。特别是，沿垂直于腕部的方向偏移光源和接收器列覆盖了佩戴者中多种不同生理特征，这可补偿血管化的差异。
根据本发明的设置，还允许更容易探测到脉搏计外壳在腕部的较差位置，这允许佩戴者更容易探测脉搏测量误差的原因。
优选，阵列的一行上每个光源和相邻光接收器之间的距离基本等于阵列的一列上每个光源和相邻接收器之间的距离。该设置通过使信号强度均匀，方便对每个接收器产生的信号的处理。
根据有利的实施例，阵列包括三列，并且第一行包括由两个接收器围绕的一个光源，以及第二行包括由两个光源围绕的一个接收器。该设置通过覆盖大量的不同佩戴者生理特征而提供特别有效的折衷，同时产生紧凑又经济的电光测量装置。特别地，与根据现有技术的装置相比，该设置使在外壳背面所占面积特别是在腕部方向上最小。
在本发明的范围内，意外地观察到接收器相对于光源不对称的设置没有降低接收器产生信号的可靠性。相反，无论佩戴者的体形及其血管化特征如何，该设置在大多数情况下允许获得至少一个可靠的接收信号。
优选地，每个所述光源由能在红外范围内发光的二极管构成，而每个所述接收器由光电二极管构成。该光学测量系统提供关于测量可靠性和质量的最佳效果，同时又能经济且简单地实现。
根据有利的实施例，电子电路包括脉搏计算单元，其计算分别对应接收器产生的每个接收信号以及虚拟信号计算单元获得的虚拟信号的脉搏值，这对应由每个接收器产生的接收信号的累加。选择单元从脉搏计算单元获得的脉搏值中确定最佳脉搏值。该方法进一步增加了能被利用并补偿不同接收器间测量误差的信号多样性。
有利地，电子电路包括用于计算测量可靠性指数的单元，所述测量可靠性指数随着由所述脉搏计算单元获得的脉搏值而变化。该可靠性指数通过避免显示不可靠的脉搏值并通过通知用户有关所进行测量的质量，来充分利用由接收器所产生的信号多样性。而且，当可靠性指数达到确定的值时，电子电路可探测外壳在腕部的较差定位或没有戴脉搏计的状况。
本发明还提出一种控制根据前述任一项的脉搏计的方法，包括：测量步骤，其间每个光源发射光束，并且每个接收器根据接收的光产生接收信号；以及脉搏计算步骤，其间从在所述测量步骤过程中由每个接收器产生的接收信号来计算脉搏值，其特征在于，在所述测量步骤与脉搏计算步骤之间插入计算对应由每个接收器产生的接收信号的累加的虚拟信号的步骤；在所述脉搏计算步骤期间，从该虚拟信号计算脉搏值；以及，在所述选择步骤期间，从在所述脉搏计算步骤中获得的脉搏值中选择最佳脉搏值。
根据该方法的其他特征：
在所述脉搏计算步骤之后是计算测量可靠性指数的步骤，其间对在所述脉搏计算步骤中获得的脉搏值进行相互比较，
在所述测量可靠性指数计算步骤之后是探测外壳定位状态的步骤，其间根据可靠性指数值，确定所述脉搏计是否被佩戴或外壳是否被较差地定位在腕部上。
附图说明
参考作为非限定示例给出的附图，阅读下面详细的描述后，本发明的其他特征和优势将变得更清晰明显，其中：
图1是示意性显示了戴在佩戴者腕部上的根据本发明的脉搏计的俯视图；
图2是示意性显示了图1脉搏计外壳后盖及其电光脉搏测量装置的仰视图；
图3是示意性显示了图1的脉搏计和由电光测量装置的光源所发射的光束的沿3-3线的截面图；以及
图4是显示了图1的脉搏计及装配在其中的电子电路的流程图。
具体实施方式
图1到4显示了能戴在佩戴者腕部12上的脉搏计10。脉搏计10包括经由紧固腕带或表带16连接到腕部12的外壳14。
在下面的描述中，将有关佩戴者腕部12前臂的大致方向指定为方向D1。
外壳14包括用于测量佩戴者脉搏的电光装置18和用于处理测量的电子电路20，以便借助于诸如液晶显示器的显示装置22来计算并显示佩戴者脉搏P。
将电光测量装置18设置在外壳14的后盖24内，在显示装置22的相对侧。腕带16将外壳14的后盖24保持压靠在腕部12上，使得优化该电光测量装置18的工作。
根据本发明的内容，电光测量装置18包括至少两个光源E1、E2、E3以及至少两个光接收器R1、R2、R3，将它们取向成朝着佩戴者的腕部12并将其以阵列的形式进行设置，该阵列包括沿腕部12的垂直于方向D1的方向取向的两行L1、L2，以及平行于腕部的方向D1取向的至少两列C1、C2、C3。而且，阵列的每行L1、L2交替包括光源E1、E2、E3和接收器R1、R2、R3，而阵列的每一列C1、C2、C3交替包括光源E1、E2、E3和接收器R1、R2、R3。
根据附图所示的优选实施例，电光测量装置18包括由三个在红外范围发光的二极管构成的三个光源E1、E2、E3，以及由三个光电二极管构成的三个接收器R1、R2、R3，所述光电二极管的每一个产生作为接收的光量的函数的接收信号SR1、SR2、SR3。
这样该阵列此处包括三列C1、C2、C3，从图2来看，第一列C1包括第一行L1上的第一接收器R1和第二行L2上的第一光源E1，第二列C2包括第一行L1上的第二光源E2和第二行L2上的第二接收器R2，而第三列C3包括第一行L1上的第三接收器R3和第二行L2上的第三光源E3。
在第一行L1上，第二光源E2从而基本与第一和第三接收器R1，R3对齐。在第二行L2上，第一和第三光源E1，E3基本上与第二接收器R2对齐。
优选，阵列的行L1、L2上每个光源E1、E2、E3与相邻的接收器R1、R2、R3之间的距离基本上等于阵列的列C1，C2上每个光源E1、E2、E3与相邻的接收器R1、R2、R3之间的距离。
根据附图所示的实施例，行L1、L2是直线，但它们也可是弯曲的并描述成两个圆的基本平行或正割的弧线。
图4更详细显示了根据本发明脉搏计10的电子电路20。
根据优选实施例，电子电路20包括第一计算单元26，它从在每个脉搏测量期间由三个接收器R1、R2、R3产生的接收信号SR1、SR2、SR3来确定相关的虚拟接收信号SV。该虚拟接收信号SV优选地由三个接收信号SR1、SR2、SR3相加构成。
电子电路20包括第二计算单元28，它从由接收器R1、R2、R3所产生的接收信号SR1、SR2、SR3和从虚拟信号SV来确定对应的脉搏值P1、P2、P3和PV。第二计算单元28设置成处理信号SR1、SR2、SR3、SV并且例如利用滤波器(未显示)来去除噪声，噪声主要由于外壳14相对于佩戴者腕部12的细微运动造成的。
电子电路20包括选择单元30，它从第二计算单元28获得的脉搏值P1、P2、P3、PV中选择最佳脉搏值PO。该最佳脉搏值PO在由设计所定义的标准的基础上来选择，例如将拥有最小方差的脉搏值P1、P2、P3、PV选择作为最佳脉搏值PO。
将由选择单元30选择的最佳脉搏值PO发送给显示装置22以允许佩戴者观看。
当然，从最佳脉搏值PO中，也可计算和显示与脉搏值PO相关的其他参数，例如消耗卡路里的量，或与脉搏测量历史相关的其他数据。
根据优选的实施例，电子电路20包括第三计算单元32，其从第二计算单元28所获的脉搏值P1、P2、P3、PV确定脉搏测量可靠性指数IF的值。第三计算单元32影响可靠性指数值IF，该可靠性指数值IF例如是对应脉搏值P1、P2、P3、PV的信号频率的函数、这些信号间相关性的函数、这些信号的幅度的函数、以及脉搏值P1、P2、P3、PV历史的函数。
关于频率，这些信号必须包括在确定的频谱波段内。
当将若干信号进行相关时，即当若干信号给出相同数据，特别是在相同时刻具有相似的方差时，这指示了该数据是可靠的，因为接收器R1、R2、R3的空间差异意味着当外壳14位于较差位置时它们受到不同的影响。
这些信号的幅度必须包括在确定的界限内，使得太高的幅度探测为由于佩戴者的运动而造成的测量可靠性问题。
可靠性指数IF的确定例如使用脉搏值P1、P2、P3、PV的方差和分布计算的结果。
根据本发明的变型，第三计算单元32还可使用接收信号SR1、SR2、SR3和虚拟信号SV来确定可靠性指数值IF。
第三计算单元32可将可靠性指数值IF发射给显示装置22，从而通知佩戴者关于被显示的脉搏值P的可靠性。根据可靠性指数值IF，当后者表示测量可靠性不够时，电子电路20同样暂缓脉搏P的显示，从而不显示错误的脉搏值P。
有利地，根据可靠性指数值IF，电子电路20可探测外壳14在腕部12上的较差定位，这导致大量的周围光到达至少其中一个接收器R1、R2、R3。
在本发明的范围内，在多次实验和试验后，观察到，具有三个光源E1、E2、E3和三个接收器R1、R2、R3的根据优选实施例的构造提供了一种最好的折衷方案，用于改善脉搏测量可靠性，同时覆盖具有不同生理特征的大量佩戴者，又限制了电光测量装置18的空间需求和复杂度。而且，在该构造中给出了用于探测外壳14在腕部12上较差定位问题的最佳结果。
值得注意的是，在优选实施例中，定位在第二条线L2的中心并由三个光源E1、E2、E3围绕的第二接收器R2接收来自三个光源E1、E2、E3的光，而其他两个接收器R1、R3的每一个主要接收分别来自E1，E2和E2，E3两个临近光源的光。为了弥补该光接收的不平衡，在电子模拟电路处理由第二接收器R2所产生的接收信号SR2的通道中降低增益。可选的，计算单元26可数字校正信号SR2的前述不平衡。
现在将描述根据本发明的控制脉搏计的方法。
该方法包括测量步骤，由电光测量装置18来执行，其间每个光源E1、E2、E3朝佩戴者的腕部12发射光线FL。该光线FL在腕部12内传送并且一部分光线FL反向散射并由接收器R1，R2和R3来探测。根据接收的光，每个接收器产生接收信号SR1、SR2、SR3，其通过探测佩戴者组织吸收的光能的周期性变化来测量佩戴者的心脏脉搏。
该脉搏P测量步骤的原理具体公开在美国专利No.2003/0065269中，其可作为更详细的参考，特别是该文献说明书的前序部分。
根据本发明的内容，在脉搏P测量步骤之后是虚拟信号SV的计算步骤，由第一计算单元26执行，其间产生对应于接收信号SR1、SR2、SR3累加的虚拟信号SV。
在虚拟信号SV计算步骤之后是计算脉搏P1、P2、P3、PV的步骤，由第二计算单元28执行，其间处理接收信号SR1、SR2、SR3和虚拟信号SV以确定对应的脉搏值P1、P2、P3、PV。
在脉搏计算步骤之后是选择步骤，由选择单元30执行，其间从在脉搏计算步骤过程中获得的脉搏值P1、P2、P3、PV中选择最佳脉搏值PO。显示该最佳脉搏值PO。
优选，在脉搏计算步骤之后是计算测量可靠性指数IF的步骤，由第三计算单元32执行，其间将对应于接收信号SR1、SR2、SR3的脉搏值P1、P2、P3和对应于拟信号SV的脉搏值PV相互比较，从而确定表示进行的测量和由选择单元30获得最佳脉搏值PO的可靠度的可靠性指数IF值。
值得注意的是，在计算可靠性指数IF的步骤，可将过程中从脉搏计算步骤获得的脉搏值P1、P2、P3、PV与已经保存的对应先前测量的在计算步骤期间所获的先前值进行比较，这确定了在一段时间上脉搏值PO的发展是否是可靠的。
通过考虑由于周围光的每个脉搏值P1、P2、P3、PV连续和交替成分的幅度值，和由于光源E1、E2、E3发射的光的每个信号P1、P2、P3、PV连续和交替成分的幅度值，并且考虑源于这些信号P1、P2、P3、PV的值，诸如像方差或频率谱，来计算可靠性指数IF。通过考虑这些参数，可以将脉搏计10在腕部12上较差定位的情况与没有佩戴脉搏计10，例如脉搏计10放在桌子上的情况区分开来。
有利地，在可靠性指数IF计算步骤之后是确定外壳14在腕部12上较差定位的时间或没有佩戴脉搏计10的状态的步骤，其间根据可靠性指数IF值，电子电路20例如通过显示装置22给佩戴者指出较差位置，或者如果探测到没有佩戴的状况，则电子电路20中断脉搏显示。
Claims (12)
1.戴于腕部(12)的脉搏计(10)，包括外壳(14)，该外壳包括：电光测量装置(18)，用于测量脉搏计(10)的佩戴者的脉搏；以及电子电路(20)，用于处理所述测量以便计算并选择最佳脉搏值，所述脉搏计(10)还包括能将外壳(14)的后盖(24)压在腕部(12)的紧固腕带(16)，
其特征在于，所述电光测量装置(18)包括至少两个光源(E1、E2、E3)以及至少两个接收器(R1、R2、R3)，其被设置在外壳(14)的后盖(24)中并取向为朝着腕部(12)；所述光源(E1、E2、E3)和接收器(R1、R2、R3)以阵列的形式设置，该阵列包括两行(L1、L2)，每行取向为沿着垂直于腕部(12)方向(D1)的方向，以及至少两列(C1、C2、C3)，其取向为平行于腕部(12)方向(D1)的方向；以及，所述阵列的每行(L1、L2)交替地包括光源(E1、E2、E3)和接收器(R1、R2、R3)，并且阵列的每列(C1、C2、C3)交替地包括光源(E1、E2、E3)和接收器(R1、R2、R3)。
2.根据前述权利要求的脉搏计(10)，其特征在于，所述阵列的一行(L1、L2)上每个光源(E1、E2、E3)和相邻接收器(R1、R2、R3)之间的距离基本等于阵列的一列(C1、C2、C3)上每个光源(E1、E2、E3)和相邻接收器(R1、R2、R3)之间的距离。
3.根据权利要求1或2的脉搏计(10)，其特征在于，所述阵列包括三列(C1、C2、C3)，并且第一行(L1)包括由两个接收器(R1，R3)围绕的一个光源(E2)，以及第二行(L2)包括由两个光源(E1，E3)围绕的一个接收器(R2)。
4.根据权利要求1或2的脉搏计(10)，其特征在于，每个所述光源(E1、E2、E3)由能在红外范围内发光的二极管构成，而每个所述接收器(R1、R2、R3)由光电二极管构成。
5.根据权利要求1或2的脉搏计(10)，其特征在于，所述电子电路(20)包括：脉搏计算单元(28)，其计算分别对应于由接收器(R1、R2、R3)产生的每个接收信号(SR1、SR2、SR3)的脉搏值(P1、P2、P3)；以及选择单元(30)，其从由所述脉搏计算单元(28)获得的脉搏值(P1、P2、P3)中确定最佳脉搏值(PO)。
6.根据权利要求1或2的脉搏计(10)，其特征在于，所述电子电路(20)包括：单元(26)，用于计算对应于由每个接收器(R1、R2、R3)产生的接收信号(SR1、SR2、SR3)的累加值的虚拟信号(SV)；脉搏计算单元(28)，用于计算分别对应由一个接收器(R1、R2、R3)产生的每个接收信号(SR1、SR2、SR3)和所述虚拟信号(SV)的脉搏值(P1、P2、P3、PV)；以及选择单元(30)，用于从由所述脉搏计算单元(28)获得的脉搏值(PV)中确定最佳脉搏值(PO)。
7.根据权利要求5的脉搏计(10)，其特征在于，所述电子电路(20)包括用于计算测量可靠性指数(IF)的单元(32)，所述测量可靠性指数(IF)随着由所述脉搏计算单元(28)获得的脉搏值(P1、P2、P3)而变化。
8.根据权利要求6的脉搏计(10)，其特征在于，所述电子电路(20)包括用于计算测量可靠性指数(IF)的单元(32)，所述测量可靠性指数(IF)随着由所述脉搏计算单元(28)获得的脉搏值(P1、P2、P3)而变化。
9.一种控制根据前述权利要求中任一项的脉搏计(10)的方法，包括：测量步骤，其间每个光源(E1、E2、E3)发射光束(FL)，并且每个接收器(R1、R2、R3)根据接收的光产生接收信号(SR1、SR2、SR3)；以及脉搏计算步骤，其间从在测量步骤期间由每个接收器(R1、R2、R3)产生的接收信号(SR1、SR2、SR3)来计算脉搏值(P1、P2、P3)，其特征在于，在所述脉搏计算步骤(P1、P2、P3)之后是选择步骤，其间从在所述脉搏计算步骤中获得的脉搏值(P1、P2、P3)中选择最佳脉搏值(PO)。
10.一种控制根据权利要求1到8中任一项的脉搏计(10)的方法，包括：测量步骤，其间每个光源(E1、E2、E3)发射光束(FL)，并且每个接收器(R1、R2、R3)根据接收的光产生接收信号(SR1、SR2、SR3)；以及脉搏计算步骤，其间从在所述测量步骤过程中由每个接收器(R1、R2、R3)产生的接收信号(SR1、SR2、SR3)来计算脉搏值(P1、P2、P3)，其特征在于，在所述测量步骤与脉搏计算步骤之间插入计算对应由每个接收器(R1、R2、R3)产生的接收信号(SR1、SR2、SR3)的累加的虚拟信号(SV)的步骤；在所述脉搏计算步骤期间，从该虚拟信号(SV)计算脉搏值(PV)；以及，在所述脉搏计算步骤之后进行选择步骤，其间从在所述脉搏计算步骤中获得的脉搏值(P1、P2、P3)中选择最佳脉搏值(PO)。
11.根据权利要求9或10的控制方法，其特征在于，在所述脉搏计算步骤之后是计算测量可靠性指数(IF)的步骤，其间对在所述脉搏计算步骤中获得的脉搏值(P1、P2、P3、PV)进行相互比较。
12.根据权利要求11的控制方法，其特征在于，在所述测量可靠性指数(IF)计算步骤之后是探测外壳(14)定位状态的步骤，其间根据可靠性指数值(IF)，确定所述脉搏计(10)是否被佩戴或外壳(14)是否被较差地定位在腕部(12)上。
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