CN106456025B - 光学生命体征传感器 - Google Patents
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Abstract
提供了一种光学生命体征传感器，其包括：至少一个光源(110)，其具有初级光单元(111)和次级光单元(112)；以及光探测器单元(120)；运动传感器(130)，其被配置为检测用户的运动；周期性度量单元(143)，其用于分析所述至少一个运动传感器(130)的输出信号以检测其输出信号的周期性；以及控制单元(140)，其被配置为控制至少一个初级光单元(111)和次级光单元(112)的操作，并且被配置为在所述周期性度量单元(143)未在所述运动传感器(130)的所述输出信号中检测到周期性时，除所述至少一个初级光单元(111)之外，还激活所述至少一个次级光单元(112)。
Description
技术领域
本发明涉及光学生命体征传感器以及操作光学生命体征传感器的方法。
背景技术
光学心率传感器被公知为监测或者检测如用户的心率的生命体征。这样的心率传感器能够基于光电体积描记(PPG)传感器，并且能够被用于采集体积器官测量结果。借助于脉搏血氧计，人皮肤的光吸收的改变被检测，并且基于这些测量结果，用户的心率或其他生命体征能够被确定。PPG传感器包括将光发射到用户的皮肤中的光源，如发光二极管(LED)。发射的光在皮肤中被散射并且至少部分被血液吸收。部分的光离开皮肤并且能够由光电二极管捕获。由光电二极管捕获的光的量能够是用户的皮肤内部的血液量的指示。PPG传感器能够通过在特定波长处的吸收测量来监测皮肤的真皮和皮下组织中的血液的灌注。如果血液量由于搏动的心脏而改变，则从用户的皮肤返回来的散射的光也改变。因此，通过借助于光电二极管监测所检测的光信号，能够确定用户在他的皮肤中的脉搏以及因此能够确定心率。
换言之，能够由PPG传感器非侵扰地采集关于心血管状态的信息，如血氧饱和度、心率和呼吸率。然而，PPG传感器能够易受运动引起的信号失真影响。
EP2116183 B1公开了一种光电的耳部定位的心血管监测设备，其包括在两个不同波长处进行发射的两个红外光发射设备，其中，这些光由两对光电传感器来检测。此外，所述设备包括用于检测用户的运动的运动传感器。如果用户正在休息或者正在太不规则地移动，则心血管传感器中的一个能够被关闭。然而，不同发光二极管的使用将增加传感器的功耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种光学生命体征传感器，其能够尤其是在用户在运动时有效地检测用户的生命体征，同时仍然降低功耗。
根据本发明的一个方面，提供了一种光学生命体征传感器，其包括：至少一个光源，其具有至少一个初级光单元和至少一个次级光单元，所述至少一个初级光单元和所述至少一个次级光单元每个被配置为生成光，所述光被引导朝向用户的皮肤。所述初级光单元在所述光学生命体征传感器被打开时被激活。所述光学生命体征传感器还包括：至少一个光探测器单元，其具有至少一个光电二极管，所述至少一个光电二极管被配置为检测光，所述光指示在所述用户的所述皮肤中或来自所述用户的所述皮肤的来自所述至少一个初级光单元和所述至少一个次级光单元的光的透射或者反射。所述光学生命体征传感器还包括：至少一个运动传感器，其被配置为检测用户的运动；周期性度量单元，其被配置为分析所述至少一个运动传感器的输出信号以检测其输出信号的周期性；以及控制单元，其被配置为控制所述至少一个初级光单元和所述至少一个次级光单元的操作。所述控制单元被配置为在所述周期性度量单元未在所述运动传感器的所述输出信号中检测到周期性时，除所述至少一个初级光单元之外，琮激活所述至少一个次级光单元。因此，初级光单元(例如，绿色)总是被激活，而次级光单元仅在需要例如增强信号的鲁棒性时被激活。如果基于运动传感器的输出信号能够移除所有运动伪迹，则次级光单元不被激活。然而，如果仅基于来自运动传感器的信息不能够移除运动伪迹，则次级光单元被激活并且来自光探测器的与来自次级光单元的光有关的输出信号也被使用。
根据本发明的另一方面，所述控制单元包括运动伪迹移除单元，所述运动伪迹移除单元被配置为基于所述至少一个运动传感器的输出信号以及所述至少一个光探测器单元的输出信号来从所述光探测器单元的所述输出信号移除运动伪迹，所述至少一个光探测器单元的输出信号基于在所述至少一个次级光单元被激活时来自所述至少一个次级光单元的光。
根据本发明的另一方面，所述至少一个初级光单元发射绿色光并且所述至少一个次级光单元发射红色、黄色或者红外光。
根据本发明的另一方面，所述控制单元被配置为在所述周期性度量单元已经检测到所述至少一个运动传感器的所述输出信号中的周期性时，以预定延迟激活所述至少一个次级光单元。
根据本发明的另一方面，所述初级光单元被配置为发射绿色光。为了确定用户的休息，能够检查检测来自所述初级光单元的绿色光的光电二极管的输出信号，以确定形态。如果这样检测到用户的休息，则能够激活次级光单元。
根据本发明的另一方面，提供了一种操作光学生命体征传感器的方法，所述光学生命体征传感器具有：至少一个光源，其具有至少一个初级光单元和至少一个次级光单元；至少一个光探测器单元，其具有至少一个光电二极管；以及运动传感器。当所述光学生命体征传感器被打开时，激活所述初级光单元以将光引导朝向用户的皮肤。检测光，所述光指示在所述用户的所述皮肤中或来自所述用户的所述皮肤的来自所述至少一个初级光单元和/或所述至少一个次级光单元的光的透射或者反射。由运动传感器检测所述用户的运动。分析所述至少一个运动传感器的输出信号以检测所述输出信号的周期性。控制所述至少一个初级光单元和/或所述至少一个次级光单元的操作。当在所述运动传感器的所述输出信号中未检测到周期性时，除所述至少一个初级光单元之外，还激活所述至少一个次级光单元。
根据本发明的一个方面，一种光学生命体征传感器，其具有用于检测用户的运动的加速度计或者运动传感器以及至少两个PPG传感器，每个PPG传感器包括光源以及至少一个光探测器。一个传感器是初级传感器并且能够使用例如绿色光。另一个为次级传感器并且可以使用其他颜色，如红色、蓝色、黄色或者红外光。基于加速度计的结果，尤其是由于传感器的周期性运动(如步行、跑步或者骑自行车)的运动伪迹能够有效地从PPG传感器的输出信号移除。这是由于PPG传感器的输出信号中的运动伪迹与加速度计的输出之间的显著相关性。另一方面，由非周期性运动引起的运动伪迹和不能够由加速度计感测的运动伪迹(传感器-皮肤接触中的变化或者皮肤之下的腱的运动不能够有效地被移除)，并且能够在激活次级PPG传感器时被移除。
根据本发明的一个方面，至少一个另外的PPG传感器(例如操作在不同颜色或者从不同传感器产生)能够被用于补偿这些种类的运动伪迹。因此，根据本发明，多通道PPG信号以及来自加速度计的信号的使用能够被用于降低来自PPG传感器的输出信号的运动伪迹，因此使得整个感测过程更加鲁棒。使用多个光源和/或波长的缺点是造成的在功耗中的增加和电池寿命的降低。
根据本发明的方面，能够在加速度计的输出足以移除来自PPG传感器的输出信号的伪迹时关闭或者停用额外的PPG传感器，其中，这些伪迹是移动的结果。
根据本发明的方面，能够在来自加速度计的数据足够好以使得能够移除来自仍然被激活的PPG传感器的输出信号的运动伪迹时，关闭或者停用PPG传感器中的一些。因此，作为初级传感器的一个PPG传感器(例如，基于绿色光)能够在整个测量过程期间被激活，而能够仅在来自加速度计的数据不足以实现一个或多个PPG传感器的输出信号中的运动伪迹的需要的移除时激活或者打开额外的PPG传感器。
应当理解，本法明的优选实施例还是从属权利要求或者以上实施例或者方面与各自的独立权利要求的组合。
本发明的这些和其他方面将根据下文描述的(一个或多个)实施例而显而易见，并且将参考下文描述的(一个或多个)实施例得到阐述。
附图说明
在以下附图中：
图1示出了光学生命体征传感器的操作原理的基本表示，
图2示出了根据本发明的方面的光学生命体征传感器的示意性方框图，并且
图3示出了根据本发明的另外的方面的光学生命体征传感器的示意性方框图。
具体实施方式
图1示出了光学生命体征传感器的操作原理的基本表示。在图1中，心率传感器被布置在用户的臂部上。心率传感器100包括以固定距离布置的光源110和光探测器120。光源110将光发射到用户的皮肤1000上或者在用户的皮肤1000中。光中的一些被反射并且所反射的光能够由光探测器120来检测。光学心率传感器能够被实现为PPG传感器。
根据本发明的一个方面，光学生命体征传感器被提供，其基于PPG传感器。这样的PPG传感器在图1中被描绘。光源110将光发射到用户的皮肤1000上或者到用户的皮肤1000中，并且该光中的一些被反射且所反射的光能够由光探测器120来检测。光探测器的输出能够被分析以确定用户的心率或者其他生命体征。
根据本发明的方面的PPG传感器或者光学生命体征传感器能够被实施为腕部设备(如智能手表)或者为指夹设备。根据本发明的PPG传感器是可佩戴的并且是电池供电的。此外，根据本发明的方面的光学生命体征传感器也能够被实施为例如被佩戴于用户的耳后或者用户的任何部分的设备，只要确保光学生命体征传感器被直接放置到用户的皮肤1000上。
图2示出了根据本发明的方面的光学生命体征传感器的示意性方框图。光学生命体征传感器100包括光源110和光探测器120。光源110在特定位置处将光发射到用户的皮肤1000上或者在用户的皮肤1000中，并且光探测器120能够检测反射光或者透射光。光源可以包括若干光单元111、112，所述若干光单元能够例如被实施为发光二极管LED或者激光二极管，并且能够发射在不同颜色处的光。具体而言，至少一个初级光单元111和至少一个次级光单元112被提供。光探测器120可以包括至少一个光电二极管121、122，所述至少一个光电二极管服务于检测如从用户的皮肤1000反射或者透射的光。
光学生命体征传感器100还包括控制单元140，所述控制单元能够控制光源110和/或光探测器120的操作。光学生命体征传感器100还包括加速度计或者运动传感器130。控制单元140能够接收光探测器120的输出。控制单元140还能够接收运动传感器130的输出。任选地，光学生命体征传感器100能够包括显示器160，所述显示器用于显示生命体征，诸如用户的心率。控制单元140能够包括心率估计单元141、运动伪迹移除单元142、周期性度量单元143以及切换单元144。
根据本发明的方面，初级光单元111和次级光单元112生成在不同波长处的光，使得在光探测器的光电二极管处的两个独立的输出信号被生成。优选地，来自初级光单元111和次级光单元112的两个不同的光信号能够在光探测器120中被分离。这能够通过两个不同的光电二极管或者通过时分复用来完成。初级光单元111和次级光单元112能够发射脉冲的光。由光探测器120对该光的检测能够与发射的脉冲的光同步。因此，能够独立地检测两个颜色。
图3示出了根据本发明的方面的光学生命体征传感器的示意性方框图。此处，初级光单元111和至少一个次级光单元112与运动传感器130一起被示出。
控制单元140能够包括心率估计单元141和运动伪迹移除单元142。运动伪迹移除单元142能够接收正在检测来自初级光单元111的(反射)光的光探测器120的输出，其能够被实施为发射例如绿光的PPG传感器。运动伪迹移除单元142还能够接收运动传感器130的输出信号。运动伪迹移除单元142服务于基于运动传感器130的输出信号基于来自第一光单元111的光来移除来自光传感器的输出信号的伪迹。
控制单元140还能够包括周期性度量单元143以及切换单元144。周期性度量单元143服务于检测运动传感器130的输出信号中的周期性运动。切换单元144被耦合到至少一个次级传感器112并且服务于激活或者停用次级光单元112。切换单元144确定基于周期性度量单元143的输出信号来打开或者关闭至少一个次级光单元112。运动伪迹移除单元142的输出对应于第一PPG传感器111的输出，但是没有如由运动伪迹移除单元142移除的运动伪迹。基于这些信号，心率估计单元141能够更有效且准确地确定或者估计用户的心率。
周期性度量单元143确定运动传感器130的输出信号的周期性。基于这些结果，至少一个次级光单元112被激活或者停用。至少一个次级光单元112能够被实施为多颜色LED并且能够发射例如红色、黄色和/或红外光。具体而言，运动伪迹移除单元142良好地工作于周期性移动或者运动。因此，额外的次级光单元112不被需要并且因此仍然能够被停用，从而降低功耗。
然而，如果非周期性移动或者运动由周期性度量单元14检测到，则至少一个次级光单元112能够由切换单元144来激活，并且至少一个次级光单元112的输出被转发到运动伪迹移除单元142。这些非周期性移动能够例如在不存在臂部的运动，并且因此不存在或者仅存在降低的加速度信号时发生。
此外，应当注意，次级PPG传感器或者光单元112能够是多通道PPG传感器，其可以在能够在周期性移动的开始处发生的心率的斜坡上升期间被使用。根据本发明的方面，切换单元144或控制单元140能够适于在关闭第二PPG传感器112时引入延迟，尤其是在周期性运动同时被检测到时。如果周期性运动结束，则至少一个第二PPG传感器112能够例如借助于切换单元144而被激活。此处，基于多通道PPG传感器与加速度计或者运动传感器的信号的组合来移除运动伪迹。
根据本发明的另外的方面，能够发射绿色光的第一PPG传感器能够被用于检测用户的休息。应当注意，使用绿色光的PPG传感器的输出信号能够具有特性形态。如果根据第一PPG传感器的输出信号能够检测到用户在休息，则第二PPG传感器能够被停用。
此外，如果检测到人在休息(例如基于第一PPG传感器(绿色传感器)的输出信号)，则运动伪迹移除单元142能够被停用。
根据本发明的方面的光学生命体征传感器也可以包括至少两个不同的PPG传感器，每个具有光单元和至少一个光电二极管，其中，PPG传感器能够发射在不同颜色处的光。在这种情况下，每个PPG传感器能够是专用传感器，其具有至少一个光单元以及至少一个光电二极管。
本领域技术人员通过研究附图、公开内容和权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对公开的实施例的其他变型。
在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。
单个单元或设备可以完成权利要求书中所记载的若干个项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以存储和/或分布在适合的介质上，例如与其他硬件一起被提供或作为其他硬件的部分被提供的光学存储介质或固态介质，但是计算机程序也可以以其他形式分布，例如经由因特网或其他的有线或无线的电信系统分布。
权利要求书中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。
Claims (8)
1.一种光学生命体征传感器，包括：
-至少一个光源(110)，其具有至少一个初级光单元(111)和至少一个次级光单元(112)，所述至少一个初级光单元和所述至少一个次级光单元每个被配置为生成光，所述光被引导朝向用户的皮肤(1000)，所述初级光单元(111)在所述光学生命体征传感器被打开时被激活，
-至少一个光探测器单元(120)，其具有至少一个光电二极管(121、122)，所述至少一个光电二极管被配置为检测光，所述光指示在所述用户的所述皮肤(1000)中或来自所述用户的所述皮肤的来自所述至少一个初级光单元(111)和所述至少一个次级光单元(112)的光的透射或反射，
-至少一个运动传感器(130)，其被配置为检测所述用户的运动，
-周期性度量单元(143)，其被配置为分析所述至少一个运动传感器(130)的输出信号以检测所述输出信号的周期性，以及
-控制单元(140)，其被配置为控制所述至少一个初级光单元(111)和所述至少一个次级光单元(112)的操作，其中，所述控制单元(140)被配置为在所述周期性度量单元(143)在所述运动传感器(130)的所述输出信号中未检测到周期性时，除所述至少一个初级光单元(111)之外，还激活所述至少一个次级光单元(112)。
2.根据权利要求1所述的光学生命体征传感器，其中，所述控制单元(140)包括运动伪迹移除单元(142)，所述运动伪迹移除单元被配置为基于所述至少一个运动传感器(130)的所述输出信号以及所述至少一个光探测器单元(120)的输出信号来从所述光探测器单元(120)的所述输出信号移除运动伪迹，所述至少一个光探测器单元在所述至少一个次级光单元(112)被激活时检测来自所述至少一个次级光单元(112)的光。
3.根据权利要求2所述的光学生命体征传感器，其中，所述至少一个初级光单元(111)发射绿色光并且/或者所述至少一个次级光单元(112)发射红色、黄色或红外光。
4.根据权利要求1所述的光学生命体征传感器，其中，所述控制单元(140)被配置为在所述周期性度量单元(143)已经检测到所述至少一个运动传感器(130)的所述输出信号中的周期性时，以预定延迟激活所述至少一个次级光单元(112)。
5.根据权利要求1所述的光学生命体征传感器，其中，所述控制单元(140)被配置为基于所述光探测器单元(120)的输出信号来检测所述光学生命体征传感器的用户的休息，其中，所述控制单元(140)被配置为在确定所述用户的休息时停用所述至少一个次级光单元(111、112)。
6.根据权利要求5所述的光学生命体征传感器，其中，所述控制单元(140)被配置为在所述控制单元(140)已经确定人在休息时停用所述运动伪迹移除单元(142)。
7.一种操作光学生命体征传感器的方法，所述光学生命体征传感器具有：至少一个光源(110)，其具有至少一个初级光单元(111)和至少一个次级光单元(112)；至少一个光探测器单元(120)，其具有至少一个光电二极管(121、122)；以及运动传感器(130)，所述方法包括以下步骤：
-当所述光学生命体征传感器被打开时，激活初级光单元(111)以将所述初级光单元的光引导朝向用户的皮肤(1000)，
-检测光，所述光指示在所述用户的所述皮肤(1000)中或来自所述用户的所述皮肤(1000)的来自所述至少一个初级光单元(111)和/或所述至少一个次级光单元(112)的光的透射或反射，
-由运动传感器(130)检测用户的运动，
-分析所述至少一个运动传感器(130)的输出信号以检测所述输出信号中的周期性，
-控制所述至少一个初级光单元(111)和/或所述至少一个次级光单元(112)的操作，并且
-当在所述运动传感器(130)的所述输出信号中未检测到周期性时，除所述至少一个初级光单元(111)之外，还激活所述至少一个次级光单元(112)。
8.一种计算机可读存储器，所述计算机可读存储器存储计算机程序代码单元，所述计算机程序代码单元用于使根据权利要求1所述的光学生命体征传感器执行根据权利要求7所述的操作光学生命体征传感器的方法的步骤。
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