CN106793878B - 姿态和生命体征监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露了检测姿态和生命体征的系统和方法。作为一些实施方式，该系统包括一个可供用户坐在上面的垫子。垫子包括第一光纤传感器、第二传感器和第一计算设备。该系统可进一步包括第二计算设备，其通信耦合于第一计算设备且配置为从第一计算设备中接收传感器数据。第一和第二计算设备之一或二者均结合用户运动的信号与用户运动方向的信号确定用户坐姿。系统可基于用户的姿态提供反馈并推荐动作来改善姿态。该系统可进一步检测用户的心率、呼吸率或其他生命体征。

Description

姿态和生命体征监测系统及方法
交叉引用的相关申请
本申请根据35 U.S.C，§119(e)主张申请日为2014年9月30日、美国临时申请第62/057,237号、发明名称为“生命体征光纤传感器”的优先权，该案的全文以引用的方式并入本申请中。
引置条款
本说明书提及的所有公开案及专利申请是以引用的方式全部并入本申请中，该引用的程度就如同已特定地及个别地将各个公开案或专利申请案的整体揭示内容以引用的方式并入一样。
技术领域
本发明主要涉及健康与保健领域，特别涉及新型、有效的系统及方法用于监测姿态和生命体征。
背景技术
美国人平均每天坐11个小时。而且，在美国大约23.5％的成年人不参加体育活动。缺乏身体活动直接导致约240亿美元的医疗支出。办公室工作时间、电子游戏和电视娱乐的时间、现代化生活设备的普及(如电梯、电动交通、家庭或网络购物，等等)是导致了久坐不动的生活方式的增加部分原因。导致久坐不动的生活方式不仅会增加发病率坐姿还会导致较差的坐姿，增加压力、颈部疲劳、心脏疾病、结肠癌、关节疼痛、和静脉曲张等健康问题发生的概率。
此外，缺乏运动和坐姿不良会导致下背部疼痛和其他背部问题。背部疼痛可能使个人虚弱且需要付出大笔开支，对社会而言，背部疼痛是丧失劳动能力及误工的主导因素和最普遍原因。对于多数人而言，背部疼痛是可以通过保持良好的坐姿来避免或减轻的，尤其是在长时间坐着的时候。虽然很多人知道良好坐姿的重要性，但在长时间坐着的时候保持抵制脊柱上的重力的状态是非常难做到的。
目前，一些便携式设备如无线心率监视器和其他可穿戴设备，可以测量一种或多种生命体征。其他便携设备可计步或监视一项活动水平的指标。然而，用现有的消费类产品很难实现：监控坐姿、准确地测量生命体征、记忆并推荐一种或多种体育活动、了解何时适合并需要进行这些活动、以及衡量个人进步。因此，需要新而有用的姿态和生命体征监测系统及方法。而本发明正是提供这种新而有用的系统及方法。
发明内容
本发明描述了姿态和生命体征监测的系统和方法。一方面揭露了用于姿态监测的系统，其并可选地用于生命体征检测。一般而言，所述姿态和生命体征监测系统包括一垫子。作为一些实施例，所述垫子是便携式的；另一些实施例中，所述垫子形成作为椅子、座位、睡眠舱或沙发上的一部分。作为一些实施方式，所述垫子进一步包括一层记忆海棉。
作为各种实施方式，所述垫子包括：第一光纤传感器，配置成能生成表示用户运动的第一信号；第二传感器，配置成能生成表示用户运动方向的第二信号；以及第一计算设备，包括第一处理器和储存有第一运算程序的存储器。
作为一些实施方式，所述第一光纤传感器包括单层变形结构。作为一些实施方式，第二传感器是第二光纤传感器。作为一些实施方式，第二传感器是压力传感器。作为一些实施方式，第一光纤传感器或第二传感器进一步配置为产生用户生命体征信号。作为一些实施方式，生命体征是呼吸波形和/或心动波形(cardiac waveform)。
可选择地，作为一些实施方式，所述姿态和生命体征的监测系统包括第二计算设备。作为一些实施方式，所述第二计算设备包括智能手机、可穿戴计算设备、平板电脑、便携式电脑、其他便携式计算设备、或者远程服务器。
作为一些实施方式，第二计算设备与第一计算设备相连。作为一些实施方式，第一计算设备与第二计算设备之间无线通信。作为一些实施方式，第二计算设备包括第二处理器和储存第二运算程序的存储器。作为一些实施方式，第一和第二运算程序的执行导致一种执行方法，包括：将数据从第一计算设备传送至第二计算设备；结合表示用户运动的第一信号以及表示用户运动方向的第二信号以确定用户姿态；确定是否建议改变用户的姿势；如果已建议改变用户的姿势，则通过第二计算设备向用户推荐一个动作。作为一些实施方式，向用户推荐的动作包括：站立、行走、纠正姿态和/或伸展。
另一方面本发明还揭露了一种用于姿态检测且可选择地用于生命体征检测的方法，作为多种实施方式，检测姿态以及生命体征的计算机方法包括：接收表示用户运动的第一信号；接收表示用户运动方向的第二信号；结合表示用户运动的第一信号以及表示用户运动方向的第二信号以决定用户姿态；判断是否推荐了用户改变姿态；如果推荐更改用户姿态，则向用户推荐一个动作以改变姿态。
作为一些实施方式，第一信号是由垫子内的第一光纤传感器产生。作为一些实施方式，第二信号是由垫子内的第二传感器产生。第二传感器可以是另一个光纤传感器、压力传感器、或者是其他适用的传感器。作为一些实施方式，向用户推荐的动作包括：站立、行走、伸展和/或纠正姿态。
作为一些实施方式，用于姿态及生命体征检测的一种计算机方法包括：识别用户是否以脊椎竖直位置的方式坐直，或者用户是否以身体向前倾、向后倾斜、向左倾斜、向右倾斜、驼背、和/或不是脊椎竖直位置的其他位置坐着。
作为一些实施方式，用于姿态及生命体征检测的一种计算机方法包括：如果改变用户姿态已被推荐，则在第一或第二计算设备上生成一个警告。
作为一些实施方式，用于姿态及生命体征检测的一种计算机方法包括：接收表示用户生命体征的附加信号。在一些实施方式中，所述附加信号是由第一光纤传感器或第二传感器生成的。作为一些实施方式，所述生命体征是用户呼吸波形和/或心动波形。作为一些实施方式，用于姿态及生命体征检测的一种计算机方法包括：确定用户的压力水平，是至少部分地基于心动波形变异性的变化。作为一些实施方式，用于姿态及生命体征检测的一种计算机方法包括：确定是否建议改变用户生命体征；以及如果改变生命体征被推荐，则向用户推荐一个改变生命体征的动作。作为一些实施方式，向用户推荐的动作包括站立、行走、伸展、和/或控制地/刻意地呼吸。作为一些实施方式，用于姿态及生命体征检测的一种计算机方法包括：如果改变生命体征被推荐，则在第一或第二计算设备上生成一个警告。
作为一些实施方式，用于姿态及生命体征检测的一种计算机方法包括：检测用户的一个睡眠周期，是基于第一信号、第二信号，和/或附加信号。作为一些实施方式，用于姿态及生命体征检测的一种计算机方法包括：生成一个激发信号以激发垫子内的振动器。作为一些实施方式，激发信号是在用户的一个适当的睡眠周期阶段生成，例如唤醒用户的信号。
附图说明
图1是一种姿态及生命体征检测系统的一种实施例的示意图；
图2是一种实施例用于进行姿态及生命体征检测的办公椅上的垫子的立体图；
图3A是一种实施例的用于姿态及生命体征检测的垫子外表面的顶部立体图；
图3B是图3A实施例的垫子外表面的左视图；
图3C是图3A实施例的垫子内部结构的右视示意图；
图3D和3E分别是图3A实施例的垫子内部结构的俯视及仰视示意图；
图3F是图3A实施例的垫子内部各层的分解图；
图4是一种实施例的用于姿态及生命体征检测的垫子局部剖视图；
图5是一种实施例的第一计算设备或垫子內计算设备用于姿态及生命体征检测的框图；
图6是一种实施例的第二计算设备或便携式计算设备用于姿态及生命体征检测的框图；
图7A和7B是一种实施例的用于检测和纠正姿态的图形用户界面的各种示例的视图；
图8A-8J是一种实施例的用于体育活动及生命体征检测的图形用户界面的各种示例的视图；
图9是一种实施例的用于压力检测和指导的图形用户界面；
图10是一种实施例的姿态检测及生命体征检测方法的流程图；
图11是一种实施例的确定用户姿态的计算机执行方法的流程图；以及
图12是一种实施例的基于一种或多种检测到的生命体征干预用户小睡的方法的流程图。
具体实施方式
后文描述的本发明的实施例，并不用于将本发明限定于这些具体实施方式，而是为本领域技术人员可以实施和使用本发明，在此揭露述了姿态及生命体征的检测系统和方法。
一般而言，姿态及生命体征检测系统是由个人(即用户)在家、在办公室(如在工作时、在等待或进行约会过程中)、在汽车内、在体育赛事(如竞技场、田径场、体育馆、公园、健身房、山脉、溜冰场、体育场、赛车场、等等)或任何其他地点使用。
作为一些实施方式，生命体征包括用户心率、呼吸率、体温和血压中的一种或多种。生命体征包括心动波形和/或呼吸波形。
作为一些实施方式，姿态包括用户的位置、运动和运动方向中的一种或多种。例如，用户姿态可以包括驼背(即脊柱后凸)、侧凸脊柱、圆肩、背部肥肉、背部过分下凹(即脊柱前弯症)、身体前倾、身体后倾、身体左倾、身体右倾、坐直、弯曲、驼背或者任何其他偏离健康、脊柱竖直的位置。脊柱竖直位置的特点是健康的脊椎作为脊柱的三个自然曲线的最优位置：一个颈椎(即颈)部包括颈椎C1-C7，胸(即中背)部包括胸椎T5-T12，以及腰(即下背)部包括腰椎Ll-L5。一个健康的背部最理想的位置：颈椎部向前凸，胸部向后凸，腰部向前凸。
作为一些实施方式，一种姿态及生命体征检测系统包括检测用户身体素质，例如，用户总重量、重量分布、或身体质量指数(BMI)。作为一些实施方式，姿态及生命体征检测系统包括确定和检测用户压力水平、心率变异性和/或呼吸率的变化。
作为一些实施方式，平均、最小、最大、健康和/或不健康的生命体征和/或姿态是系统检测用户一段时间来确定的。例如，通过检测用户一段时间(例如小时、天、周等)，系统可以校正用户以确定用户心跳和呼吸波形以及姿态的正常变异性，以及检测偏离正常的变化。又或者，所述系统能将用户的心跳和呼吸波形以及姿态与用户的相同年龄组、性别、种族、社会阶层、工作环境、位置、和/或任何其他类似的群体进行比较，从而确定与正常或健康标准的偏差。
系统和设备
图1揭露了姿态及生命体征检测系统2的一种实施方式。系统2包括垫子4、位于垫子4内的第一计算设备、以及第二计算设备6。垫子4包括第一光纤传感器和第二传感器。第二计算设备6与(例如通过蓝牙、低能蓝牙、其他射频等)第一计算设备直接通讯。作为一些实施方式，垫子内的第一计算设备与第二计算设备之间双向通信。系统2测量用户的姿态和/或生命体征，并帮助或者使用户能够调整姿态和/或生命体征。作为一些实施方式，姿态及生命体征检测系统2进一步包括远程计算设备7(例如，服务器)。第一和/或第二计算设备具有与该远程服务器之间的双向通信功能(例如通过Wi-Fi，CDMA，其他蜂窝协议、其他射频、其他无线通信协议)。远程服务器可以接收、储存、和/或分析由第一和/或第二计算设备从光纤传感器和/或第二传感器获得的一种或多种信号。
姿态及生命体征检测系统2的其他实施例，包括垫子4。垫子4可用于覆盖：用于检测用户姿态和/或生命体征的两个或更多传感器、以及第一计算设备。作为一些实施方式，该垫子形成椅子、坐位、睡舱、床垫和/或睡椅的一部分。作为一些实施方式，如图2所示实施方式的垫子，垫子是一种便携式坐垫可放置于椅子(例在办公室或在家等)、看台、汽车座椅、飞机座位、和/或其他现有座位结构上。在其他实施例中，垫子集成于办公椅、扶手椅、沙发、汽车座椅、飞机座位、睡舱、床垫或其他结构的内部。作为一些实施方式，该系统包括多个垫子，例如两个或两个以上的：一个靠背、两个扶手、一个座位、一个腿部支撑(例如搁脚凳、躺椅等)。
作为一些实施方式，例如，如图1-2所示，所述垫子包括一个或多个用户输入元件31，例如，在垫子外表面上。例如，垫子包括一个或多个按钮、滑块、或开关用于开/关垫子内部计算设备的电源或用于调节无线通信模块30、振动模块、和/或系统其他功能或模块的设置。作为一些实施方式，用户输入元件可包括按钮、滑块、或开关用于重置系统，例如至出厂设置或先前用户设置。
作为一些实施方式，例如，图2和图3A-3F所示实施例的垫子，垫子4的形状、轮廓或开槽设置是为了增加用户坐在垫子上或者使用垫子的舒服度。例如，垫子可包括后侧厚度T1以及前侧厚度T2。一种实施例方式，T1比T2大。另一种实施例，T2比T1大。再一实施方式，T1等于T2。作为一些实施方式，例如，图3A所示，垫子4的后侧部8a实质上包括直角边缘，而垫子4的前侧部8b实质上包括倒圆的边角。可选择地，在一些实施例中，垫子4的后侧部8a和前侧部8b二者可以实质上都包括直角边缘；垫子4的后侧部8a和前侧部8b二者可以实质上都包括倒圆的边角；或者后侧部8a可以是倒圆的边角而前侧部8b是直角。
作为一些实施方式，如图3A，垫子4的前侧部8b包括一个或多个窝形区域5，在一种实施例中，垫子4的前侧部包括两个窝形区域5。作为一些实施方式，两个或两个以上窝形区域之间的中间区域9升起，以便于大腿区域或臀部区域定位于或位于垫子4的各窝形区域5，例如，当用户就座于垫子4上时可改善用户舒适度和/或合适定位。
作为一些实施方式，垫子4包括垫子外表面上的材质。所述材质可以包括棉、麻、涤纶、粘胶、牛仔布、天鹅绒、灯芯绒、丝绸、羊毛、皮革、聚氯乙烯(即乙烯树脂)，人造革(如多孔仿皮革、可发姆人造皮革Corfam、Koskin、人造皮(Leatherette)等)，小山羊皮或仿鹿皮，或其他材质。作为一些实施方式，所述材质耐洗、耐污、防火(即阻燃剂)，耐候(例如防晒)、抗皱、和/或耐水。作为一些实施方式，所述材质可透气以允许气流流入垫子，使得垫子内的一个或多个传感器、电子产品和/或计算设备不会过热。
作为一些实施方式，垫子包括多个内部层，如图3C-3F。这些实施例中，垫子的顶层和/或底层11包括记忆泡沫材料(即粘弹性聚氨酯泡沫塑料)、天然乳胶发泡体、羊毛、棉花、或任何其他材料可给垫子提供可变形的、粘糊、软的和/或支撑作用的结构，例如使用户舒适和支撑用户。作为一些实施方式，一层或多层舒适和/或支撑作用的层设置为可传递施加在垫子上的作用力，从而通过垫子内设置的一个或多个传感器能够测量施加在垫子表面的压力。进一步地，在这些实施例中，第二层13包括一个或多个传感器，例如压力传感器12，以及第三层15包括一个或多个传感器，例如光纤传感器10。作为一些实施方式，第二层13包括一个或多个光纤传感器10，第三层15包括一个或多个压力传感器12。在其他实施例中，两层或多层都设有光纤传感器。在其他实施例中，一个或多个压力传感器和一个或多个光纤传感器同时一起设置在同一层内部或者上面。
作为一些实施方式，如图3D-3F，垫子4包括多个传感器(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10等)用于测量用户一个或多个生命体征以及姿态。在一种实施例中，垫子包括两个传感器。作为一些实施方式，该一个或多个传感器是电磁传感器、压电传感器、陀螺传感器、线性编码器、光电传感器、压力传感器、光纤传感器、其他类型传感器、或前述传感器的组合。
作为一些实施方式，一个或多个第一传感器10是光纤传感器，一个或多个第二传感器12是压力传感器。可选择地，在这样的实施例中，第一和第二传感器可以都是光纤传感器。在一些实施例中，第一光纤传感器设置为生成表示用户作用力变化(即运动)的第一信号，第二传感器(例如，压力传感器、光纤传感器等)设置成生成表示用户运动方向的第二信号，因此，当第一和第二信号结合时表示用户的姿态。
姿态的确定，在某种程度上是通过骨盆倾斜确定的。个人的骨盆的倾斜或旋转可导致脊椎的腰部、胸椎和/或颈部的曲率变化。同样地，脊椎的腰部、胸椎和/或颈部的曲率变化可导致骨盆的倾斜或旋转。例如，向前倾斜的位置旋转骨盆(即前倾的姿势)导致腰部曲率增加。前旋转骨盆可导致一个背部下凹的姿态(即脊柱前弯)。驼背导致骨盆向后倾斜的位置旋转(即后倾位置)。当个人坐在一表面上时，骨盆的旋转或倾斜的改变将导致该表面上的压力和作用力的分布发生变化。因此作为一些实施方式，姿势的确定可通过使用多个光纤传感器和/或压力传感器的组合来测量实施在垫子上的压力、作用力、和/或压力或作用力的变化。
又或者，作为一些实施方式，第一光纤传感器具有足够的灵敏度以检测用户宏观和微观运动(即作用力相对大和相对小的变化)以便于第一光纤传感器生成的信号可附加地表示用户呼吸、心跳和/或一种或多种其他生命机能。
作为一些实施方式，包括至少一个光纤传感器10，例如，如图3F所示，光纤传感器10是由一根光纤形成。该光纤的第一端与光源(例如，LED，OLED，白炽灯等。)耦合，第二端与光信号接收器耦合。作为一些实施方式，光源和光信号接收器耦合于、或者集成于印刷电路板和/或垫子內计算设备14，如图3F所示。光源向该光纤内发射一束光波。光纤传感器10如此定位以便于垫子表面施加作用力导致光纤产生变形或微弯，进而影响光波在光纤中的传播。光信号接收器配置为检测光波传播的变化。光波传播的变化由第一和/或第二计算设备进行处理和分析以确定用户的位置和/或生命体征。例如，由体重、心跳、呼吸和/或肢体运动产生的外力存在的情况下，该作用力分布在光纤及变形结构上。这些力使光纤微弯，而因该微弯效应导致重要的光损失，一些残余光波沿光纤传播。光信号接收器接收残余光波。残余光波进行处理后可确定作用力的变化，从而可确定用户的体重、心跳/呼吸、和/或肢体运动/位置。
作为一些实施方式，光纤传感器包括单一或双重的变形结构。图4所示实施例的垫子，设有一个光纤传感器，光纤传感器设有单层变更器结构。单层变形结构18可以配置成对于单纯由体重造成的光损失情形下，具有对生命体征及姿态最高探测灵敏度；而双层变形结构可以配置成对于由一个给定的作用力导致的光损失具有最高灵敏度。单变形结构层18平衡绝对作用力，该绝对作用力是由诸如体重引起的，而体重带有相对较小的力变化，例如由心跳、呼吸以及小的姿势变化导致的这种相对较小的力变化。使用单层变形结构18可以从高噪声背景提取因肢体运动导致的微弱心跳动态信号和呼吸波形。变形结构18可以由网眼形成的(例如，交织的单丝、电线、线、丝带、或其类似物)。单层变形结构18能够获取光纤20的微弯，且提高检测心跳和呼吸波形以及身体活动的灵敏度。如图4所示，当箭头22表示的外力(例如，体重、心率、呼吸率、运动等)施加于垫子以及垫子内的光纤20，力是分布在整个上盖24及光纤20上，而不是集中在光纤中心。在一个实施例中，一聚合物开孔网眼织物用作单层变形结构，一平纹织物设置于一多模光纤顶部以均匀分配任何施加在传感器上的力。又或者，作为一些实施方式，光纤传感器并不包含变形结构18。
作为一些实施方式，姿态和/或生命体征检测系统包括一个或多个第二传感器12，例如，一个或多个压力传感器。第二传感器与光纤传感器10结合，从而确定用户姿态。如图3D-3F，多个第二传感器，例如，设有6个压力传感器。作为一些实施方式，设置少于6个压力传感器(例如，5、4、3、2、1个)或设置多于6个压力传感器(例如7、8、9、10、11、12等)用于检测用户运动方向。作为一些实施方式，压力传感器12是绝压传感器、表压传感器、真空压力传感器、差压传感器、或密封式压力传感器。作为一些实施方式，压力传感器包括压力感应电阻。作为一些实施方式，压力传感器的感应范围为20Kg～150Kg或者其任何子区域之间。例如，作为一些实施方式，压力传感器的感应范围为20-30Kg，30-40Kg，40-50Kg，50-60Kg，60-70Kg，70-80Kg，80-90Kg，90-100Kg，100-110Kg，110-120Kg，120-130Kg，130-140Kg，或者140-150Kg。在一个实施例中，压力传感器的感应区间为40Kg至100Kg之间。
作为一些实施方式，一个或多个压力传感器以一定的模式设置于垫子4的内层上。在一种实施例中，该模式包括一个实质为六边形的图案，例如，如图3D-3F所示。在另一实施例中，该模式包括一个正方形或长方形的图案。例如，在该实施例中，第一组三个压力传感器实质上平行于第二组三个压力传感器，二者实质上平行于第三组三个压力传感器。或者，一个或多个压力传感器可设置为一个正方形或长方形的图案位于垫子一个内层的周边。在另一实施例中，该模式包括实质为一个圆形，例如限定一个圆的圆周。
作为一些实施方式，如图1，姿态和/或生命体征检测系统2至少包括第一、第二计算设备。第一计算设备设置于垫子4内且将此称为垫子內计算设备(例如，如3D-3F所示的垫子內计算设备14)。第二计算设备6，在此称为便携式计算设备，可以包括智能手机、可穿戴计算设备(例如，手表，手镯、头巾、项链等)、平板电脑、便携式电脑、或其他便携式计算设备。作为一些实施方式，尽管在此称为便携式计算设备，第二计算设备6也可以是远程服务器。在其他实施例中，所述系统还进一步包括第三计算设备7。在这些实施例中，第三计算设备，在此称为远程计算设备，可以是web服务器、应用服务器、数据库服务器、和/或任何其他合适的计算设备。
在各种实施例中，垫子內计算设备与便携式计算设备之间、垫子內计算设备与远程计算设备之间、和/或便携式计算设备与远程计算设备之间，设置为单向或双向通信。该系统的两个或更多计算设备也可以使用蓝牙、Wi-Fi、CDMA、其他蜂窝协议、其他射频，或另一种无线通信协议等进行无线通信。
作为一些实施方式，垫子內计算设备(在垫子4内)、便携式计算设备6、远程计算设备7各自包括处理器例如单片机，以及储存有程序的存储器。处理器执行系统的操作程序。系统的操作程序可以包括：接收一个或多个传感器的一个或多个信号、处理这些信号、以及通过处理的信号确定用户姿势和/或生命体征。
作为一些实施方式，垫子內计算设备和便携式计算设备各自包括一处理器，其嵌入在印刷电路板(PCB)且可通信(例如通过电路连接)地耦合于一个或多个系统元件(例如，电源模块、用户输入元件、光模块、振动模块、光纤传感器、第二传感器等)。作为一些实施方式，处理器是一个低能耗微控制器。
图5提供一个垫子內计算设备28的例子，其可存在于图1所示的垫子4内。图6提供便携式计算设备29的例子。本领域技术人员可得知所述的元件是功能元件，而各种功能元件可以嵌入在一个或多个功能元件内。例如，垫子內计算设备28的功能元件嵌入在图3D-3F所示的垫子4内部的PCB/计算设备单元14、电源模块21、振动模块19中。
作为一些实施方式，如图5和6，垫子內计算设备28和便携式计算设备29各包括或耦合于一电源模块。电源模块用于向一个或多个系统元件提供电力从而使一个或多个系统元件能够运行。作为一些实施方式，电源模块包括一个内部电源，例如，电池(例如可充电或不可充电等)、一个感应电源、动能充电器、和/或一个或多个太阳能电池板。在这些实施例中，垫子內计算设备28可由外部电源供电，或者该内部电源可充电，例如，通过太阳能、用户运动或电磁场充电。作为一些实施方式，垫子內计算设备28和/或便携式计算设备29可通过将电源模块耦合于外部电源进行充电，例如，使用一个电源线(例如，IEEE 1394、通用串行总线(USB)、雷电(Thunderbolt)、闪电(Lightning)、以太网(Ethernet)等)可移除地插入到电源模块的接口。作为一些实施方式，如图3A和3B，垫子內计算设备28和便携式计算设备29各自包括一天线用于无线传输和接收数据。所述天线可包括例如，一根天线设置为与另一台计算机传输数据，且通过Wi-Fi、CDMA、其他蜂窝协议、其他射频、其他无线通信协议的方式。在各种实施例中，多个天线可以使垫子內计算设备28、便携式计算设备29、和可选择的远程计算设备之间能够进行通信。
作为一些实施方式，如图5所示，垫子內计算设备28包括一个或多个用户输入元件。作为一些实施方式，一个或多个用户输入元件可设置在垫子的外表面，或者，设置于垫子内且仅当进入垫子内部或拆除垫子时可使用。例如，垫子內计算设备可以包括一个或多个按键、滑块、或多个切換开关，从而对一个或多个系统元件、一个或多个系统元件的无线通信30(例如通过蓝牙，低能耗蓝牙，其他射频技术等数据传输)、振动模块(例如从小睡中唤醒用户)、和/或所述系统的任何其他功能或模块进行开启/关闭电源操作。作为一些实施方式，用户输入元件可以包括按键、滑块、或切换开关，用于重置所述系统例如至出场设置或以前的用户设置。
作为一些实施方式，如图6所示，便携式计算设备29包括一个或多个用户输入元件。例如，便携式计算设备可以包括设置在便携式计算设备外表面或图形用户界面(agraphical user interface,GUI)上的一个或多个手动的和/或虚拟的按键、滑块，多个切换开关。所述的一个或多个用户输入元件可以对：一个或多个系统元件、一个或多个系统元件的无线通信30(例如通过蓝牙，低能耗蓝牙，其他射频技术等数据传输)、振动模块(例如从小睡中唤醒用户)等垫子內计算设备的元件，和/或所述系统的任何其他功能或模块，进行开关电源。作为一些实施方式，用户输入元件可以包括按键、滑块、或切换开关，用于重置所述系统例如至出场设置或以前的用户设置。作为一些实施方式，用户输入元件用于在便携式计算设备的不同图形用户界面GUIs之间切换或用于访问软件的不同功能。
作为一些实施方式，如图5所示，垫子內计算设备28包括一个光模块，所述光模块包括从垫子外部可见的一个或多个光源(例如LED、OLED、白炽光源等)，例如，给垫子內计算设备和/或垫子内的其他电子产品显示连接和/或电源状态。作为一些实施方式，红色、橙色或黄色的光显示不同程度的低电量电池/电源；绿灯表示良好的电池电源和/或充满状态，且蓝光表示一个或多个其他系统元件的无线连接(例如蓝牙、低能耗蓝牙，其他射频等)。作为一些实施方式，用户输入元件31可包括、靠近、或者被包围于光模块；在这些实施例中，指示灯在“开启”状态下发光，发射例如绿光。作为一些实施方式，“关闭”状态下，指示灯可以不发光或者发射不同色光，例如红色。
作为一些实施方式，如图3A所示，垫子內计算设备28包括振动模块(振动模块可以远离但电耦合于垫子內计算设备的其他元件，例如图3D和3F所示振动模块19情形一样)。振动模块可用于从小睡中唤醒用户，例如，在睡眠周期的适当阶段(例如，快速眼球运动睡眠REM，非快速动眼睡眠non-REM)。又或者，振动模块可以给用户按摩，例如当用户的心率、呼吸率、压力水平达到一个预先确定的或预定义的阈值时，以达到放松用户。更进一步地，作为一些实施方式，振动模块用作一个触觉警报来提醒用户，例如，当检测到驼背、长时间坐着或者表示压力的生命体征发生变化的时候，提醒用户站立或坐直。作为一些实施方式，振动模块包括一个偏心旋转马达(ERM)。例如，一个直流马达驱动一个重心偏离的齿轮。用直流马达驱动具有这种重量的齿轮旋转导致振动。作为一些实施方式，振动模块包括一个线性谐振致动器(LRA)。例如，由音圈产生磁场，音圈与磁铁及悬挂在弹簧上的重物之间相互作用。因为磁场随施加的驱动信号而变化，磁铁和重物与弹簧相互作用时被向上向下加速而产生振动。
作为一些实施方式，如图5和6所示，垫子內计算设备28和/或便携式计算设备29包括一个程序接口(program port)。程序接口用于接收一个或多个程序从而操作所述系统，例如通过一个接口(例如，IEEE 1394、通用串行总线(USB)、雷电Thunderbolt、闪电Lightning、Mini Display、DVI、HDMI、串口Serial、并口Parallel、以太网Ethernet、同轴Coaxial、VGA、或PS/2接口)。作为一些实施方式，一个程序包括的指令有：基于一个或多个传感器信号确定一个生命体征和/或姿态；创建一个警告，包括指定警报频率、类型和/或触发条件(例如纠正用户一个生命体征和/或姿态)等指令；创建一条建议，包括指定建议频率、类型和/或触发条件(例如纠正用户一个生命体征和/或姿态)等指令；或者涉及所述系统的功率、振动模块状态、光模块状态、或者所述系统的其他操作功能。
作为一些实施方式，如图5和6，垫子內计算设备28和/或便携式计算设备29进一步包括一个低压差稳压器(LDO)。LDO低压差稳压器是直流电线性稳压器，其用于调节输出电压，即使在电源电压非常接近输出电压的情况下。进一步作为一些实施方式，所述系统包括不同类型的DC-to-DC调节器或AC-to-DC调节器。
作为一些实施方式，如图5所示，垫子內计算设备28包括一个或多个模数转换器(ADC)，将传感器获取的模拟信号转换成由垫子內计算设备和/或便携式计算设备待处理和分析的数字信号。
作为一些实施方式，如图6所示，便携式计算设备29进一步包括一加速计。所述便携式计算设备内的加速计用于确定用户是否正在站立、行走，和/或移动。作为一些实施方式，两个或更多加速计可用于便携式计算设备内以确定用户的步伐频率或步速，例如在用户在行走时。或者，可以使用一个机械或电子计步器来确定用户的步伐频率或步速。或者，便携式计算设备可以设置一个陀螺仪用于检测用户的运动。
作为一些实施方式，如图7A-9，便携式计算设备包括一个或多个图形用户界面(GUIs)。便携式计算设备上的一个GUI：用于追踪用户在指定时间和/或一段时间(例如小时、天、周、月、年等)的一个或多个生命体征和/或姿态；用于向用户提供一条建议(例如建议纠正姿态或生命体征等)；和/或用于警告用户不健康的姿态和/或生命体征(例如，心率上升、呼吸率上升、心率变异性的变化，或者用户位置正在前倾、后倾、左倾、右倾、驼背等)。作为一些实施方式，一个或多个GUIs可包括一菜单栏，用作：例如在一个或多个GUI屏幕或页面之间切换、调节一个或多个用户设置、变更一个或多个程序设置、调整系统提供的通知类型或时间、和/或改变系统的其他参数。
在一种实施例中，如图7A-7B，垫子內计算设备和/或便携式计算设备的一个GUI包括：表示用户的一个位置、运动和/或姿态的一个卡通、图像或头像32；以及垫子33上的一个或多个传感器34的卡通或图像，所述卡通或图像表示及显示实体垫子4上相应位置的压力。在各种实施例中，在GUI中显示的信息是实时的或者实质上是实时的，这样，GUI提供了数字表示的用户当前位置，与垫子33的一个或多个传感器所检测的一样。作为一些实施方式，所述GUI可能会鼓励用户向垫子33内的所有传感器34均匀地施加压力，例如，当压力不均匀时通过显示一个通知和/或指示哪些传感器没有正在接收检测压力和哪些传感器正在接收检测压力。在这些实施例中，所述GUI设置为显示施加在每一个传感器上力的相对值的度量。例如，作为一些实施方式，所述GUI上的传感器包括一种黑暗的颜色或色调来表示压力较大以及一种较轻的颜色或色调表示压力较小。作为一些实施方式，当压力过大或过少的时候，GUI上的传感器闪烁或闪光。作为一些实施方式，当用户有不正确或不健康的姿态时(例如身体前倾、后倾、左倾、右倾、弯曲、驼背等)所述GUI可能是黄色，而当用户具有正确和适当的姿态(例如以一个中立的位置坐直)时GUI可能是绿色。
作为一些实施方式，如图8A-8J所示，一个或多个GUIs包括一显示部(indication)36表示用户的心率、呼吸率、压力等级、和/或活动等级。如图8A-8C所示，所述GUI包括当用户坐着(图8A)、站着(图8B)，和/或行走(图8C)时用户心率、压力等级、以及呼吸率。进一步地，所述GUI可以包括一个用于表示用户正在执行的活动(例如，坐着、站着、行走等)的卡通、画像或头像38以及一个进程指示器40(例如，条或圆等)表示用户在一个特定的位置或活动所经历的时间进度和/或时间长度(例如，秒、分、小时等)。作为一些实施方式，进程指示器40提供了在用户被推荐的或被允许切换的活动之前的一个活动剩余时间的倒计时。作为一些实施方式，一个或多个GUIs进一步包括警报元件39。警报元件39指示用户，便携式计算设备建议或推荐一种活动改变(例如，从坐着到站立、从站立到行走、从行走到坐着等)之前的剩余时间。例如，便携式计算设备可能向用户发出一个听觉、触觉或视觉的警报以表明活动的改变被推荐。作为一些实施方式，应用便携式计算设备向用户推送警报以及其他通知，即使用户并没有在便携式计算设备上打开GUI。
作为一些实施方式，如图8D-8F所示，一个或多个GUIs可以显示用户在规定时间内(例如小时、天、周等)完成的每一种活动(例如，坐着(图80)、站立(图8E)、移动、行走(图8F)等)的总的或平均持续的时间42(例如，秒、分、小时等)。例如，活动的平均持续时间可以在GUI使用形状来描述，因此其大小、颜色、布局(例如圆形、正方形、三角形、长方形、菱形等)、或者形状的任何其他参数，表示与其他活动的持续时间相比较时，一种活动的相对持续时间。例如，一个相对较大的形状可能表明大量的时间长度，较小的形状可能表明一个更短的时间长度。作为一些实施方式，用不同颜色的形状来描述每一种跟踪的活动，例如，红色的形状可能表示坐着、橙色可能表示移动、绿色可能表示站立、蓝色可能表示行走。作为一些实施方式，如图8D-8F所示，所述GUI包括用户活动的一个图形标示44(例如，线图、饼图、柱状图、表格、文字等，条形图等)。例如，x-轴可以表示每天的时间(例如，9：00AM，12：00PM，3：00PM，5：00PM等)，y-轴可以表示一个活动的持续时间。或者，x-轴可以表示活动的类型，y-轴可以表示一个活动的持续时间。进一步地，作为一些实施方式，不同的活动使用不同的颜色、形状、线型(例如，分段线，虚线，实线等)、或任何其他特征绘制在同一图形表示。
作为一些实施方式，如图8G，8I，和8J，一个或多个GUIs显示过了一段时间(例如，分钟、小时、天、周等)用户的一个或多个心脏和/或呼吸波形46。例如，如图8G，8I，和8J所示，平均心跳或呼吸率48(例如每小时、每天、每周等的平均值)是基于分别在规定的时间段内的心脏或呼吸波形而确定和描述的。作为一些实施方式，如图8G所示，一个或多个GUIs包括一个图形标示50(例如，线图、饼图、柱状图、表格、文字等，条形图等)，表于用户平均心跳和/或呼吸率或用户随着时间的心跳和/或呼吸率，其基于心脏和/或呼吸波形，例如，表示用户心跳和/或呼吸率随着一段时间或者在一段时间内用户的平均心跳和/或呼吸率的波动(例如，最大、最小、随时间变化等)。
进一步地，作为一些实施方式，如图8H所示，一个或多个GUIs包括表示用户目标或目的的一个目标视图。例如，所述GUI可以显示用户训练的预期量值52(例如，时间、频率、数量)以及用户已经训练的实际量值54。作为一些实施方式，所述GUI以饼图56或时间轴(timeline)58指示错过锻炼时间和/或错过锻炼的总时间来显示信息。
在一种实施例中，如图9所示，所述GUI可显示用户压力等级以及引导用户降低压力等级。作为一些实施方式，压力等级是由用户心率和/或呼吸率与已观察/测量的用户最小、平均以及最大心率和/或呼吸率相比较而决定。或者，作为一些实施方式，是由用户心率和/或呼吸率变异性的增加来检测用户的压力等级。对用户的建议可以显示在GUI上，以鼓励用户放慢呼吸、加大/深呼吸、冥想、接触按摩服务、参加一个瑜伽或冥想班功、或任何其他推荐以减少用户压力。作为一些实施方式，所述GUI可表示用户对减少他/她的压力的进展，例如，使用进度指示器60和/或相对于初始观察/测量的压力百分比。
作为一些实施方式，通过一个或多个社交网络(例如， 等)、或者通过使用垫子內计算设备和/或便携式计算设备发送电子邮件或信息的方式，用户可分享他/她的生命体征、活动等级、和/或姿态信息。用户可以发送：他/她的平均心率、呼吸率、姿态、和/或压力等级；一段时间的活动等级或目标活动等级；心脏和/或呼吸波形；按照所述系统推荐用户正在使用的一个或多个服务(例如，减小压力、改善姿态等)；或者用户希望分享的任何其他信息。
方法
如图10所示，本发明实施例的用于姿态及生命体征检测的一种计算机方法包括：接收表示用户运动的第一信号的步骤S100，接收表示用户运动方向的第二信号的步骤S110，结合表示用户运动的第一信号与表示用户运动方向的第二信号以确定用户姿态的步骤S120，确定是否建议改变用户的姿势的步骤S130，如果已建议改变用户的姿势，则向用户推荐一个动作以改变姿态的步骤S140。本发明的方法用于检测用户的姿态，且能够使用户根据系统推荐来改变他/她的姿态。
如图10所示的一种实施例中，一种用于姿态及生命体征检测的计算机方法包括步骤S100，接收表示用户运动的第一信号。步骤S100中收集关于用户运动的数据，例如使用光纤传感器。光纤传感器设置于垫子内，例如，这里所述的任何垫子的实施例。垫子内的光纤的变形或弯曲导致光纤内不同的光传播。耦合于光纤上的光信号接收器用于检测光传播的变化。各种实施方式的光信号接收器电子耦合于垫子內计算设备，或者形成其一部分。在各种实施例中，垫子內计算设备处理器接收来自光信号接收器表示光传播变化的信号(例如，表示用户运动的信号)。
如图10所示的一种实施例中，一种用于姿态及生命体征检测的计算机方法包括步骤S110，其接收表示用户运动方向的第二信号。步骤S110中收集关于用户运动方向的数据，例如使用压力传感器。垫子内设置一个或多个压力传感器，各自测量用户施加在垫子外表面上的压力。(例如，通过光学、压电、电磁等)检测压力传感器内的力收集器(例如，隔膜、活塞、弹簧管、波纹管等)由于用户引起的变形程度。在各种实施例中，每个压力传感器电耦合于垫子內计算设备，且被测压力信号是由垫子內计算设备接收。
如图10所示的一种实施例，一种用于姿态及生命体征检测的计算机方法包括步骤S120，结合表示用户运动的第一信号与表示用户运动方向的第二信号以确定用户姿态。步骤S120中结合表示运动的信号(即运动数据)与表示方向的信号(即运动方向的数据)以确定用户的姿态以确定是否存在用户体重分配的变化或骨盆倾斜，因此确定用户是否是竖直姿态还是身体前倾、身体后倾、身体左倾、身体右倾、驼背、或其他偏离竖直姿态。
例如，参照如图3E所示的传感器，如用户身体前倾时，两前侧传感器12a、12d比其他传感器检测到更大的压力。进一步地，在一种实施例中，如身体后倾，两后侧传感器12c、12f比其他传感器检测到更大的压力。在一种实施例中，当用户左倾时，左侧三传感器12a、12b、12c比其他传感器检测到更大的压力。在一种实施例中，如果用户右倾，右侧的三传感器12d，12e，12f比其他传感器检测到更大的压力。在一种实施例中，当用户驼背时，用户的骨盆将旋转至向后倾斜的位置(即向后弯曲的位置)且后侧传感器12c、12f检测到的压力增加。在一种实施例中，当用户站直时，压力实质平均分配在6个传感器12a、12b、12c、12d、12e、12f之间或者根据一个可接受的压力分配比率分配在所有6个传感器之间。作为一些实施方式，步骤S120是由垫子內计算设备且在其上执行的；在其他实施例中，其由便携式计算设备及在其上执行，或者由垫子內计算设备和便携式计算设备结合执行。
作为一些实施方式，步骤S120是由垫子內计算设备执行的。在这些实施例中，原始的光学传感器的信号以及原始的压力传感器信号由垫子內计算设备接收、处理、以及结合。在其他实施例中，步骤S120是由便携式计算设备执行。在这些实施例中，紧接着垫子內计算设备接收原始信号后，由垫子內计算设备对所述信号至少进行最低限度的处理，例如，从模拟信号转换为数字信号。其他处理，例如对信号过滤以去除噪声和伪影，可由垫子内计算设备或便携式电子设备执行。在这些实施例中，被部分地或完全地处理的信号被发送到便携式计算设备以执行步骤S120。被部分地或完全处理的信号可通过有线连接(例如电缆)或无线连接(例如蓝牙、低能耗蓝牙、或者其他射频协议)进行传输。在其他实施例中，S120是由远程计算设备执行。在这些实施例中，被部分地或完全地处理的信号可以被便携式计算设备接收，进一步地选择性地进行处理，且从便携式计算设备发送至远程计算设备以执行步骤S120。所述信号可通过Wi-Fi、CDMA、其他蜂窝协议、其他射频、或者其他无它无线连接等发送至远程计算设备。
如图10所示的一个实施例，一种用于姿态及生命体征检测的计算机方法包括步骤S130，确定是否建议改变用户的姿势。作为一些实施方式，确定是否建议改变用户的姿势包括：评估用户是否偏离竖直脊柱位置。如上所述，第一及第二信号被垫子内计算设备、便携式计算设备和/或远程的计算设备接收、处理、以及分析以决定用户的姿态。在一些实施例中，表示用户姿态的数据，与一个可接受和/或不可接受姿态数据的数据库进行比较，从而确定被分析的用户数据是否在一个可接受的范围以及姿态是否需要纠正和/或改善。作为一些实施方式，所述数据库是存储在远程计算设备，在其他实施例中，所述数据库是直接存储在便携式计算设备。作为一些实施方式，所述可接受和/或不可接受姿态数据的数据库包括，从用户过去的使用历史中收集的数据。在其他实施例中，所述可接受和/或不可接受姿态数据的数据库包括收集其他多个用户的数据。在其他实施例中，所述数据库包括医学推荐的数值或数值范围。
如图10所示的一个实施例中，用于姿态及生命体征检测的一种计算机方法包括步骤S140，如果已建议改变用户的姿势，则向用户推荐一个动作以改变姿态。步骤S140用于向用户提供建议、动作项目和/或资源以便于用户能够纠正和/或改善他/她的姿态。作为一些实施方式，一条建议或者动作项目包括：建议用户站立、行走、伸展、移动、正确的姿态(例如，跟随系统的辅导)，或者任何其他活动。作为一些实施方式，所述系统推荐或者一个建议的资源，例如，一个或多个媒体链接(例如书、网站、播客等)关于姿势教育、健康的活动、和/或健康或不健康姿态的后果。作为一些实施方式，所述系统向用户推荐或者建议一个服务，例如按摩、按摩师、健身教练、瑜伽班、健身房、SPA、或者任何其他服务。在各种实施例中，这些建议是从数据库中提取，例如，储存在远程计算设备或者便携式计算设备内的数据库。作为一些实施方式，每条建议在数据库中链接到特定检测的姿态或者姿势的必要变化。作为一些实施方式，所述建议，附加地或可选择地链接于用户简介和/或人口数据。例如，某些建议可能与驼背关联，以便于当系统检测到一个驼背的用户时，一个或多个相关建议提供给用户。作为一些实施方式，如果系统检测到用户曾经响应一个特定建议时，该特定建议可以被储存且在以后再次检测到用户驼背时又被推荐。
作为一些实施方式，一种用于姿态及生命体征检测的计算机方法包括步骤S150，接收表示用户生命体征的信号。例如，生命体征信号可以由第一光纤传感器或者第二传感器生成。作为一些实施方式，一个或多个传感器，诸如光纤传感器，具有足够灵敏度以检测表示呼吸、心跳或其他生命功能等的微运动。作为一些实施方式，生命体征包括用户呼吸波形和/或心动波形。从这些波形，分别可以探测和跟踪呼吸率和/或心率。进一步地，作为一些实施方式，用户的压力等级的确定是基于、或至少部分地基于，心动波形和/或呼吸波形的改变。例如，通过一段时间(例如小时、天、周等)对用户监测，该系统可以校准用户，以便确定用户心脏和/或呼吸波形的变化。又或者，该系统可将用户的心脏和/或呼吸波形与相同年龄组、性别、种族、社会阶层、工作环境、位置、或者任何其他有可比性的群组中的个体进行比较。基于这些数据校正和/或比较，该系统可确定用户的压力等级。作为一些实施方式，在确定用户生命体征和/或压力等级之后，系统执行步骤S160，该步骤确定是否建议改变用户生命体征、以及如果已建议改变用户生命体征，则系统向用户推荐一个动作以改变生命体征，如步骤S170中所示。所述推荐能够向用户提供建议、动作项目和/或资源，以便于用户可以纠正和/或改善他/她的压力等级和/或生命体征。作为一些实施方式，建议或者动作项目包括建议用户小睡、起床、站立、行走、伸展、移动、呼吸放慢和/或加深(例如跟随系统辅导)、冥想、或者任何其他活动。作为一些实施方式，系统推荐或者建议一个资源，例如，一个或多个媒体链接(例如书、网络、播客等)关于压力教育、健康活动、和/或健康或不健康压力等级和/或生命体征的后果。作为一些实施方式，系统给用户推荐或者建议一个服务，例如，按摩、按摩师、健身教练、瑜伽班、健身房、SPA、冥想课、治疗师、或者任何其他服务。
作为一些实施方式，一种用于姿态及生命体征检测的计算机方法包括：如果改变用户姿态、压力等级、和/或生命体征已被推荐，则在垫子内计算设备或者便携式计算设备产生一个警报。所述警报可产生以向用户表示他/她当前的姿态、压力等级、和/或生命体征异常，且需要调整、纠正、和/或改善。系统可在垫子上和/或便携式计算设备上警告用户，通过使用听觉，触觉/有形的、视觉、和/或嗅觉的警报。例如，一个听觉警报，可包括一个语音命令或者警报、或者一个音调警报(例如，哔哔声、叮叮声等)生成在垫子内计算设备或便携式计算设备上。一个有形的或触觉警报可包括：垫子內计算设备、便携式计算设备和/或垫子的振动，和/或垫子里变暖的感觉(例如，通过垫子内的一个或多个发热器或者加热元件)。一个视觉警报可包括：一条信息(例如，SMS、推送通知、徽章的通知等)显示在垫子内计算设备和/或便携式的计算设备的一个显示屏上，和/或一个指示灯(例如红、黄、橙、绿等)由位于垫子内计算设备和/或便携式计算设备上的或与之相耦合的LED或其他发光源产生的。嗅觉的警报包括来自垫子的一种或多种芳香剂散发的气味。引起芳香族化合物的释放可能是由通电后加热并通过导电迹线，或加热一组电线圈而实现，例如，类似于加热毯，在垫子内，如是，热量使芳香化合物从液态转换为蒸汽/气态从而可被用户的嗅觉系统感知。又或者，垫子可以包括一个隔室，其内容置有芬芳的香水或化合物，这样，在设定时间内，例如当用户压力等达到不健康的水平时，该化合物被释放(例如喷到空气中)。作为一些实施方式，以减轻用户的压力等级和/或生命体征，垫子可以释放薰衣草、茉莉花、洋甘菊、檀香、薄荷的气味。作为一些实施方式，垫子可以释放柑橘或迷迭香的香味以激励和鼓励用户，例如唤醒、站立、行走、和/或移动。
作为一些实施方式，如图11所示，一种确定用户姿态的计算机执行方法包括：由系统执行的一个或多个功能以确定，且如需要，纠正用户的姿态。作为一些实施方式，一个光纤传感器和第二传感器嵌入在垫子内并设置为获取由用户身体产生的振动和运动信号。例如，姿态识别算法可以应用于从光纤传感器和第二传感器收集信号以分类当前姿态。这种算法可识别表示当前姿态的数据、以及将该数据与存储在第一、第二、和/或第三计算设备内的预定义的姿态数据集进行比较。作为一些实施方式，姿态识别算法可匹配当前姿势数据与多个预定义的姿态数据集之间的比例分值，确定最紧密匹配当前姿态数据的预定义数据集。在各种实施例中，每一预定的姿态数据集关联于一种不同形式的姿态。作为一些实施方式，根据识别和分析的用户姿势状态产生反馈。
在这样一个实施例中，如图9所示，决定用户姿态的一种计算机执行方法包括：基于第一光纤传感器收集的第一信号来分析和/或估计用户体重的步骤S200；基于第一信号进行更新一组姿态识别参数集(a set of posture recognition parameters)的步骤S210；用第一光纤传感器来检测基于用户身体活动分析的姿势变化事件的步骤S220；通过使用第二传感器来收集第二信号、且基于所述姿态识别参数集来对第二信号进行分类，从而确定用户新姿态的步骤S230；以及，确定新的姿态是否允许反馈给用户以改变至新姿态的步骤S240。
例如，一个或多个光纤传感器收集的表示光纤形变量的信号，其本身也表示向垫子施加的作用力的大小；因此，所述信号可以进行分析来确定用户大概的体重。用户体重范围意味着一组姿态识别参数集，该姿态识别参数集可包括，例如，姿势分类系数、每种姿势类别/分类的阈值等。例如，一旦用户体重的估值确定，系统可以使用用户的体重以及一个或多个姿态识别参数和/或等式，来计算假设用户以一个健康、竖直的姿势坐着的时候可能施加在一个或多个第二传感器上的压力或作用力大小。作为一些实施方式，系统执行一个姿态识别算法：将一个或多个第二传感器上检测的实际压力或作用力与预期的竖直位置的压力或作用力进行比较，从而确定用户当前是否以健康的竖直姿态坐着。
在各种实施例中，光纤信号附加用于检测姿态变化事件。当由光纤的形变变化引起的光纤信号发生变化时姿态变化事件便可检测到用户的重量分布的变化在任何时间都可能导致光纤形变的变化。检测到的姿势的改变事件将触发新的姿态识别算法。作为一些实施方式，所述新的姿态识别算法包括分类由一个或多个第二传感器所收集的第二信号。例如，第二信号可以被一个学习姿态模型和一种由一组姿势识别参数所控制的姿态识别算法进行分类。
作为一些实施方式，姿态模型的学习是通过学习垫子內计算设备采集的大量训练样本。在训练阶段，训练样本是收集于在数据收集期间的多个用户坐在定义的姿势位置或类别。收集的训练样本接着进行分析，且从每个训练样本中提取一组标准化特征集。使用提取的特征集和相应收集的姿态分类集，通过运用多种机器学习算法和/或技术，从而提炼出姿势模型。作为一些实施方式，第二个信号至少在某种程度上，使用一个姿态识别算法可进行预处理和分析。使用在训练阶段相同的方法从第二信号中提取一组标准特征集。所提取的标准特征集再输入至学习模型，从而决定第二信号的姿态类别。姿势识别参数包括模型的参数、诸如各特征的权值系数、分类器系数和每种姿态类别的阈值，是在用户重量估值阶段使用光纤数据进行设置的。作为一些实施方式，当确定用户没有坐在一个竖直位置时，一种姿势推荐算法生成反馈给用户。当系统确定一个提醒和/或指导以必须改变用户新姿态时，可生成所述反馈。在这样的一个实施例中，一组连续的(或频繁获得的)姿势状态存储在第三、第二和/或第一计算设备上的一个数据结构(例如圆形缓冲器、循环缓冲器、环形缓冲器)。所述姿势状态可被分析从而确定是否应向用户在第二计算设备上激发并发送一个提醒或/或指导以改变用户姿态。
作为一些实施方式，一种用于姿态及生命体征检测的计算机方法包括：基于第一、第二及第三信号中的一个或多个信号来检测用户的一个睡眠周期。该方法可用来确定：用户的姿态和/或生命体征，何时适合从小睡中唤醒用户，和/或用户的一个或多个健康状况。例如，基于用户的呼吸率和/或心率，该系统可以区分用户REM和非REM睡眠周期。如果在用户的睡眠周期中出现频繁中断时，该系统能够警告用户。作为一些实施方式，系统会生成一个信号来激发垫子内的一个振动器或者从垫子内释放一个芳香化合物，例如以在用户适当的睡眠周期阶段唤醒用户。
图12所示实施例的流程图是揭露一种用于检测用户坐在垫子上小睡期间的一个或多个生命体征的方法。作为一些实施方式，该方法包括步骤S300a：接收用户想要小睡的一个或多个输入。例如，用户可以选择一个小睡时长范围(例如，15-20分钟，20-30分钟，30-60分钟等)且将小睡时长范围输入便携式计算设备。又或者，作为一些实施方式，步骤S300b：垫子内计算设备和/或便携式计算设备可推荐用户小睡，例如，垫子内计算设备和/或便携式计算设备可以检测用户升高的压力等级或者变慢的心跳和/或呼吸率表明用户可以从小睡中受益，并且警告、通知或推荐用户小睡。警告或者通知可包括向用户推送通知、SMS，其他视觉通知、声音报警、触觉显示，或其他以通知用户应该小睡。作为一些实施方式，系统可以协助使用户更易入睡，例如播放舒缓的音乐、释放出平静的气味、通过垫子轻轻地按摩用户，或者任何其他类型的便利。作为一些实施方式，该方法包括步骤S310：确定用户的睡眠阶段。使用由光纤传感器和/或第二传感器检测的一个或多个生命体征，垫子内计算设备和/或便携式计算设备可以区分快速眼动REM和非快速眼动non-REM睡眠周期、和/或用户何时正在经历轻度睡眠和深度睡眠。作为一些实施方式，所述方法包括步骤S320：确定用户的睡眠阶段是否是唤醒用户的合适睡眠阶段。例如，系统可确定用户正在经历轻度睡眠和/或非快速眼动non-REM睡眠周期，并在轻度睡眠和/或非快速眼动non-REM睡眠周期唤醒用户。作为一些实施方式，系统唤醒用户是在用户所选择的小睡时长范围内，此时用户正在经历轻度睡眠和/或非快速眼动non-REM睡眠周期时，例如，尽量减少用户感觉昏昏沉沉、迷失方向、或者没有休息好的午睡。作为一些实施方式，所述方法包括步骤S330：如果睡眠阶段适当，则从小睡中唤醒用户。例如，系统可能确定用户在适当的午睡的时长范围内并正在经历轻度睡眠和/或非快速眼动睡眠周期，唤醒用户具最小副作用(例如，东歪西倒、困倦等)。作为一些实施方式，系统唤醒用户通过使用振动模块、其他触觉信号、听觉信号(例如，警报、从垫子内计算设备和/或便携式计算设备放出的音乐等)、嗅觉信号、或者前述其他信号。作为一些实施方式，听觉信号从在低分贝开始再升级到一个更高的分贝从而轻轻且逐步地唤醒用户。
本发明的系统及方法的优先实施例及其变化方式，至少部分地体现或执行为机器配置成接收计算机可读介质储存计算机可读程序。较佳地，所述程序的执行最好地是由计算机可执行元件以及垫子内计算设备和/或便携式计算设备上的处理器的一个或多个部分来完成，计算机可执行元件最好是集成于所述系统。计算机可读介质可以存储在任何合适的计算机可读媒体如RAMs、ROMs、闪存、EEPROMs、光学器件(例如，CD或者DVD)、硬盘、软盘、或者任何合适的设备。计算机可执行元件较佳地是通用或专用处理器，但任何合适的专用硬件或硬件/固件组合又或者也可以执行所述程序。
本发明说明书或权利要求书中提到的单数形式“一(a)”，“一(an)”和“这(the)”包括单复数两种情况除明确指出之外。例如，术语“一个传感器”可包括，且考虑到包括，多个传感器。有时，权利要求书和说明书中可能包括术语例如“多个”、“一个或多个”或者“至少一个”，然而在没有这样的限定时，并不意味着且不应该被解释为意味着，不能设想为多个。
术语“大约”或者“近似”当用在数字的限定或者范围(例如，定义长度或者压力)之前，表示的近似可能是(+)或者(-)5％、1％或者0.1％的范围变化。此处提供的所有数值范围包含已定义的起始数字。“实质”一词表示主要(即大于50％)或者实质上为全部的设备、物质或组成。
此处使用的术语“包含”("comprising"或者"comprises")意在表示设备、系统和方法包括所引用的元件，还可以包括任何其他元件。“本质上组成”(Consistingessentially of)应当意味着设备、系统和方法包括所引用的元件但不包括对于既定目的的结合具有重要意义的其他元件。因此，一个系统或者方法由此定义的本质上组成的元件并不排除那些并不实质影响权利要求所限定的基础和具有新颖性的其他物质、特性、或者步骤。“组成Consisting of”应当意味着设备、系统和方法包括所引用的元件且排除任何超过一个微不足道的或无关紧要的元件或步骤。由每个这些过渡术语定义的实施例均属于本发明的保护范围内。
这里列举的例子和附图所示，仅作为示范说明但并不作为限定，本发明可实现的具体实施例。由此可利用或派生其他实施例，以便于在不脱离本发明揭露的范围内可进行结构和逻辑替换及改变。仅为方便起见，本发明保护主题的这些实施例单独地或共同指作“本发明”，但如果不止一个发明被披露时，并不主观地限定本申请的范围为任何单一发明或发明概念。因此，尽管在此揭露了具体实施例，但仍然可以由获得相同目的的任何方案替代所示的具体实施例。本说明书意图涵盖各种实施例的任何和所有的适应性或变换方式。上述实施例的组合，以及其他未特别说明的实施例，本领域技术人员基于上述说明书的描述是显而易见的。

Claims (22)

1.一种姿态检测系统，包括：
一垫子，其包括：
生成表示用户运动的第一信号的第一传感器，第一传感器是光纤传感器作为第一光纤传感器；
生成表示用户运动方向的第二信号的第二传感器；第二传感器为压力传感器，或者第二传感器为另一光纤传感器作为第二光纤传感器，以及
第一计算设备，其包括第一处理器以及储存有第一运算程序的存储器；以及
第二计算设备，其特征在于，第二计算设备通信耦合于第一计算设备，且第二计算设备包括第二处理器和储存有第二运算程序的存储器；第一和第二运算程序的执行导致一种执行方法包括：
传输数据从第一计算设备至第二计算设备；
结合表示用户运动的第一信号与表示用户运动方向的第二信号以确定用户姿态；
确定是否建议改变用户的姿势；以及
如果已建议改变用户的姿势，则向用户推荐一个动作以改变姿态；
其中，垫子包括顶层和/或底层以及内部的第二层和第三层：
第二层包括一个或多个所述压力传感器，第三层包括一个或多个所述光纤传感器；或者，
第二层包括一个或多个所述光纤传感器，第三层包括一个或多个所述压力传感器；又或者，
两层都设有所述光纤传感器；再或者，
一个或多个所述压力传感器和一个或多个所述光纤传感器同时一起设置在同一层内部或者上面。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一光纤传感器或者第二传感器进一步设置为生成表示用户生命体征的第三信号。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述生命体征是呼吸波形和心动波形的一种或两种。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述动作包括站立、行走、纠正姿态以及伸展中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述垫子是便携式的。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述垫子形成椅子、座位、睡眠舱或沙发的一部分。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一计算设备和第二计算设备相互无线通信。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二计算设备包括智能手机、可穿戴计算设备、平板电脑、便携式电脑、其他便携式计算设备、或者远程服务器。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一光纤传感器包括单层变形结构；单层变形结构配置成对于单纯由体重造成的光损失情况下，具有对生命特征及姿态最高探测灵敏度。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述垫子进一步包括一记忆海棉。
11.一种检测姿态的计算机方法，包括：
接收表示用户运动的第一信号，所述第一信号是由垫子内的第一光纤传感器产生，其中垫子内的光纤的变形或弯曲导致光纤内不同的光传播，耦合于光纤上的光信号接收器用于检测光传播的变化，垫子内计算设备处理器接收来自光信号接收器表示光传播变化的信号；
接收表示用户运动方向的第二信号，所述第二信号是由垫子内的第二传感器产生，第二传感器测量用户施加在垫子外表面上的压力；
结合表示用户运动的第一信号与表示用户运动方向的第二信号以确定用户姿态，具体是结合表示运动的信号与表示方向的信号以确定用户的姿态以确定是否存在用户体重分配的变化或骨盆倾斜，因此确定用户的姿态；
确定是否建议改变用户的姿势；以及
如果已建议改变用户的姿势，则向用户推荐一个动作以改变姿态。
12.如权利要求11所述的计算机方法，其特征在于，所述动作包括站立、行走、伸展和纠正姿态中的一种或多种。
13.如权利要求11所述的计算机方法，其特征在于，进一步包括：识别用户是否身体前倾、身体后倾、身体左倾、身体右倾、坐直、或者驼背。
14.如权利要求13所述的计算机方法，其特征在于，进一步包括：如果改变用户的姿势已建议，则在第一或者第二计算设备上产生一个警报。
15.如权利要求11所述的计算机方法，其特征在于，进一步包括：接收表示用户生命体征的第三信号，所述第三信号是由第一光纤传感器或者第二传感器生成。
16.如权利要求15所述的计算机方法，其特征在于，所述生命体征是用户呼吸波形和心动波形中的一种或两种。
17.如权利要求16所述的计算机方法，其特征在于，进一步包括：确定用户的压力等级，其至少部分地基于心动波形变异性的变化。
18.如权利要求15所述的计算机方法，其特征在于，进一步包括：基于第一、第二和第三信号中的一个或多个信号，检测用户的睡眠周期。
19.如权利要求18所述的计算机方法，其特征在于，进一步包括：产生一个信号来激发垫子内的振动器，所述信号是在用户合适的睡眠周期阶段产生。
20.如权利要求15所述的计算机方法，其特征在于，进一步包括：
确定是否建议改变生命体征；以及
如果已建议改变用户的生命体征，则向用户推荐第二个动作以改变生命体征。
21.如权利要求20所述的计算机方法，其特征在于，所述第二个动作包括站立、行走、伸展和呼吸训练中的一种或多种。
22.如权利要求20所述的计算机方法，其特征在于，进一步包括：如果已建议改变用户的生命体征，则在第一或者第二计算设备产生一个警报。
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