CN109195510A

CN109195510A - 多信道光电容积脉搏波传感器

Info

Publication number: CN109195510A
Application number: CN201780033558.1A
Authority: CN
Inventors: 凯文·普·威克利; 萨博拉曼尼姆·文卡特拉曼; 安德鲁·拉森·阿克斯利; 丹尼尔·J·弗雷施尔; 皮特·W·理查兹; 克里斯·H·萨兰托斯
Original assignee: Fitbit LLC
Current assignee: Fitbit LLC
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2019-01-11
Also published as: EP3448249A4; US11666235B2; EP3448249A1; US10842394B2; US20200138309A1; WO2017190051A1; US11633117B2; US20170311825A1; US20210137397A1; US20180177416A1; US10433739B2

Abstract

在一个实施方式中，数据处理方法包括：基于一个或多个第一光源，获得一个或多个第一光电容积脉搏波(PPG)信号，该第一光源被配置成发射具有对应于绿色光波长的第一光波长的光；基于一个或多个第二光源，获得一个或多个第二PPG信号，该第二光源被配置成发射具有对应于红色光波长的第二光波长的光，第一光源中的一个或多个与第二光源中的一个或多个共同定位；基于第一PPG信号和第二PPG信号中的一个或多个生成估计心率值；并且使得估计心率值被经由客户端装置上的用户界面显示。

Description

多信道光电容积脉搏波传感器

技术领域

本公开大体上涉及用于使用一组光电容积脉搏波(PPG)信号来改善已基于第二组PPG信号确定的心率测量的技术。

背景技术

本部分中描述的方式是可以寻求的方式，但不一定是先前已经构思或寻求的方式。因此，除非另有指示，否则不应假设本部分中描述的任何方式仅仅因为它们包含在本部分中而被作为现有技术。

光电容积脉搏波(PPG)传感器可用于检测血管中的体积改变。PPG传感器通常由光源(典型地为发光二极管(LED))和光敏传感器(典型地为光电二极管)组成。在光源和传感器之间通过的血液将沿着两者之间的光路调整组织的特性，引起由光电二极管产生的电流的可检测偏差。根据该信号并应用各种算法，可以确定心率估计。

典型的PPG技术依赖于从LED发射单个波长的绿色、红色或红外(IR)光。许多可穿戴PPG装置使用绿色光，就绿色光来说，光在绿色波长的血红蛋白吸收比在IR波长高多达20倍。然而，红色或IR光装置可以更有效并使用更少的电力，并且调谐到这些波长的光电二极管可以更具响应性。当用户进行强烈运动活动或某些扭曲手腕的活动并因此影响手腕内的血流动力学时，PPG技术遭受准确性严重降低。通过这些移动调整的接收的光的数量级远大于期望的心脏信号。PPG信号中的低信号质量也可能由感测的局部区域的特性引起。例如，即使手腕佩戴的PPG传感器仅在手腕向上或向下移动几毫米，信号质量也可能变化很大，或者信号质量也可能由于发射的波长的变化而变化。另外，在运动期间，手腕佩戴的PPG装置的某些取向经受更多运动，并且因此由于这种运动而导致PPG信号的更大衰减。

发明内容

所附权利要求可以用作本公开的发明内容。

附图说明

在附图中：

图1A示出了根据一个示例的由用户佩戴的监控装置。

图1B示出了图1A、图2的监控装置的示例硬件架构，并且示出了检测器和光源的第一示例布置。

图1C示出了图1A、图1B的一部分，具有检测器和光源的第二示例布置。

图1D示出了图1A、图1B的一部分，具有检测器和光源的第三示例布置。

图1E示出了图1A、图1B的一部分，具有包括多个离散的检测器的检测器和光源的第四示例布置。

图1F示出了图1A、图1B的一部分，具有多个离散的检测器和光源的第五示例布置。

图2示出了根据一个示例的监控装置的立体图。

图3示出了使用多个PPG信号生成估计心率的示例方法。

图4A示出了使用PPG传感器生成估计心率的示例方法。

图4B示出了使用PPG传感器生成估计心率的示例方法。

图5示出了可以被特别配置成执行本文描述的各种技术的示例计算机系统。

图6A是多个离散的检测器和光源的第六示例布置的立体图。

图6B是图6A的布置的俯视图，示出了将该布置电耦合到其他装置的引脚的位置。

图6C示出了图6B的引脚的示例引脚分配。

具体实施方式

在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了很多具体细节以便提供对本公开的透彻理解。

然而，将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践该实施方式。

在其他例子中，以框图形式示出了众所周知的结构和装置，以便避免不必要地使本公开难理解。

根据以下概要描述实施方式：

1.总体概述

2.示例监控装置

2.1光源的第一示例布置

2.2光源的其他示例布置

3.示例心率估计技术

4.实施示例-硬件概述

*

1.总体概述

在一个实施方式中，数据处理方法包括：基于被配置成发射具有第一光波长的光的一个或多个第一光源，获得一个或多个第一光电容积脉搏波(PPG)信号；基于被配置成发射具有第二光波长的光的一个或多个第二光源，获得一个或多个第二PPG信号；基于第一PPG信号和第二PPG信号中的一个或多个生成估计心率值；并且使得估计心率值被经由客户端装置上的用户界面显示。

在一种实施方式中，数据处理方法包括：基于被配置成发射具有对应于绿色光波长的第一光波长的光的一个或多个第一光源，获得一个或多个第一光电容积脉搏波(PPG)信号；基于被配置成发射具有对应于红色光波长的第二光波长的光的一个或多个第二光源，获得一个或多个第二PPG信号，第一光源中的一个或多个与第二光源中的一个或多个共同定位；基于第一PPG信号和第二PPG信号中的一个或多个生成估计心率值；并且使得估计心率值被经由客户端装置上的用户界面显示。

在另一实施方式中，活动监控设备包括一个或多个处理器；非暂时性计算机可读存储介质耦合到该一个或多个处理器并存储一个或多个指令序列，其在被使用一个或多个处理器实行时，使得一个或多个处理器执行：基于被配置成发射具有对应于绿色光波长的第一光波长的光的一个或多个第一光源，获得一个或多个第一光电容积脉搏波(PPG)信号；基于被配置成发射具有对应于红色光波长的第二光波长的光的一个或多个第二光源，获得一个或多个第二PPG信号，第一光源中的一个或多个与第二光源中的一个或多个共同定位；基于第一PPG信号和第二PPG信号中的一个或多个生成估计心率值；并且使得估计心率值被经由客户端装置上的用户界面显示。

在又一实施方式中，数据处理方法包括：基于被配置成发射具有绿色光波长的光的一个或多个第一光源，获得一个或多个第一光电容积脉搏波(PPG)信号；基于被配置成发射具有红色光波长或红外波长的光的一个或多个第二光源，获得一个或多个第二PPG信号；基于第一PPG信号和第二PPG信号中的一个或多个生成估计心率值，该生成包括：识别一个或多个第二PPG信号中的运动信号；从第一PPG信号中去除对应的运动信号以生成经修改的第一PPG信号；并且基于经修改的第一PPG信号生成估计心率值；并且使得估计心率值被经由客户端装置上的用户界面显示。

在又另一实施方式中，活动监控设备包括一个或多个处理器；非暂时性计算机可读存储介质耦合到该一个或多个处理器并存储一个或多个指令序列，其在被使用一个或多个处理器实行时，使得一个或多个处理器执行：基于被配置成发射具有绿色光波长的光的一个或多个第一光源，获得一个或多个第一光电容积脉搏波(PPG)信号；基于被配置成发射具有红色光波长或红外波长的光的一个或多个第二光源，获得一个或多个第二PPG信号；基于第一PPG信号和第二PPG信号中的一个或多个生成估计心率值，该生成包括：识别一个或多个第二PPG信号中的运动信号；从第一PPG信号中去除对应的运动信号以生成经修改的第一PPG信号；并且基于经修改的第一PPG信号生成估计心率值；并且使得估计心率值被经由客户端装置上的用户界面显示。

根据说明书、附图和权利要求，不同实施方式的各种其他方面和特征将变得显而易见。

出于本公开的目的，术语“光路”用于描述光子从一个位置到另一位置的概率路径，通常是从光发射器到光检测器。由光发射器发射的光子将遵循许多不同的路径到达检测器。为了简单和清楚起见，在一些实施方式中，由所有可能的路径的光功率加权平均所产生的路径被简单地描述为“光路”。在一些替代实施方式中，“光路”是指大多数光子沿其行进的路径。

2.示例监控装置

实施方式提供了基于PPG的装置，其被配置成使用第一光源来检测心脏信号，并且使用第二光源来改善从第一光源获得的信号质量，尤其是在强烈运动活动期间。光源的具体数量、布置和位置，以及检测由光源发射的光的检测器，可以在不同的实施方式中变化，如本文进一步描述的。

2.1光源的第一示例布置

图1A示出了根据一个示例的由用户佩戴的监控装置。图1B示出了图1A和/或图2的监控装置的示例硬件架构，并且示出了检测器和光源的第一示例布置。出于示出清楚示例的目的，图1A和本公开的其他方面描述了被配置用于佩戴在手腕上的监控装置，但是其他实施方式可以使用可在其他解剖学位置佩戴的监控装置来实施，该解剖学位置诸如耳部、头部、指尖、踝部、颈部、上臂、躯干、腿和/或前额(使得监控装置的光源被配置成与人的血管邻近对齐，如更详细地描述的)。

图1A、图1B和图2的布置实施了用于基于PPG信号来改善心率估计的第一策略，使用光的多个波长的共同定位发射器，该光响应于与血红蛋白的相互作用而具有不同的吸收率、反射率和/或散射率，或者响应于与黑色素的相互作用而具有不同的吸收率、反射率和/或散射率。如本文其他部分中进一步描述的，使用第一光波长从第一光源获得的第一PPG信号，和使用第二光波长从第二光源获得的第二PPG信号，可用于识别PPG信号的运动和心脏分量。可以同时获得第一和第二PPG信号与第二PPG信号(例如，其中第一光源和第二光源同时活跃)。在这些实施方式中，第一PPG信号可以是已经确定或已知具有相对较大的心脏分量的任何波长，并且第二PPG信号可以是已经确定或已知具有相对较大的运动分量的任何波长。在一个实施方式中，第一PPG信号从绿色光源获得，并且第二PPG信号从红色或红外光源获得。此外，光的多个波长也具有不同的黑色素响应，这可以引起两个波长的信号质量的差异。识别这些分量可以促进过程，其中例如从第一信号中去除第二信号中指示的运动分量，从而使得第一信号更准确地表示用户的心脏活动。然而，第一策略仅仅是一个示例，并且其他策略也是可能的，如现在所描述的。

第二策略，可以与第一策略结合使用，其使用不同位置处的相同波长的多个发射器，使得光路与到给定检测器的不同发射器中的每个不同。因此，来自第一光源的第一光波长可以对应于来自第二光源的第二光波长，并且第一光源和第二光源在相对于一个或多个检测器具有不同光路的不同位置处。在一些实施方式中，“光路”可以指近似矢量，该近似矢量具有在光源中心处的原点并终止于检测器的表面区域中的任何地方，并且表示从源头到检测器的光的近似路径。第二策略可以与第一策略组合，使得第二光波长可以与第一光波长不同，并且第一光源和第二光源可以在相对于一个或多个检测器具有不同光路的不同位置处。

第三策略，可以与第一和/或第二，或者第一和第二策略两者结合使用，其使用多个离散的检测器，使得来自发射器的光路在每个检测器位置处不同。在该策略中，可以使用第一检测器来获得第一PPG信号中的至少一个或者第二PPG信号中的至少一个，可以使用第二检测器来获得第一PPG信号中的至少一个或者第二PPG信号中的至少一个，并且第一检测器和第二检测器定位在相对于第一光源中的一个或多个和相对于第二光源中的一个或多个具有不同光路的不同位置处。

然后使用质量度量诸如信噪比(SNR)来比较对应于这些多个路径和/或多个波长的PPG信号，并且可以选择最高质量以用于估计心率。

在一个实施方式中，两个光源以两个不同的波长发射，并且两个光源在空间上尽可能接近地定位。例如，在图1A、图1B和图2的布置中，光源共同定位。在本公开中，术语“共同定位”意味着以光源(例如，不同波长的)之间的最小距离定位，使得检测器感测由与相同组织或近似相同的组织相互作用的不同光源发射的光。在一些实施方式中，共同定位可以指定位在彼此的预定距离内的发射器。在一些实施方式中，预定距离小于1mm，并且在一些实施方式中，预定距离在0.3mm-0.9mm的范围内。

在一个实施中，两个离散的LED发射器共同定位或彼此接近地组装。在另一实施中，绿色光源和红色光源二者都可以在相同的光源封装中，其可以包括相同的透镜和/或相同的管芯。另一实施使用在同一封装中包括这三个管芯(红色、绿色和蓝色)的一个或多个红色-绿色-蓝色(RGB)LED。另一实施使用在同一封装中包括这三个管芯(红色、绿色和红外)的一个或多个红色-绿色-红外LED。使用共同定位的不同光源允许检测器106针对光的每个波长感测接近相同的光路。

在一个实施方式中，提供了对所有光源的独立控制。在其他实施方式中，若干光源被作为群或排一起控制；例如，所有绿色光源都在一排中控制，并且所有红色光源都在另一排中控制。每个光源的独立控制，或者来自多个检测器中的每个的独立读出(例如，基于来自多个检测器中的每个的相同或不同光波长而获得独立信号)的好处是，可以使用多个光路方式来改善HR估计，如在本文其他部分中进一步讨论的。

在一种实施方式中，监控装置100包括一个或多个光源102(例如，一对或多对光源102)，一个或多个附加光源104(例如，一对或多对附加光源104)，以及一个或多个检测器106。在一些实施方式中，可以省略附加光源104，并且每个光源102(或光源102对中的每个光源)可以使用不同的光波长，如本文进一步讨论的。出于示出清楚示例的目的，图1A以放大的形式描绘了光源102、附加光源104和检测器106，并且在实践的实施方式中，这些元件可以使用比图1A中所示更小的微型部件来实施。在实践中，光源102和附加光源104被定位成允许检测器106检测从光源朝向皮肤发射的反射光，且因此光源和检测器可以接近地定位在监控装置100的壳体、带或其他保护元件内的微型基板上。

如图1B所见，监控装置100还可以包括中央处理单元(CPU)110耦合到存储器112、显示器114、总线116、一个或多个输入/输出(I/O)装置120和无线网络接口124。在某些实施方式中，可以省略显示器114和/或I/O装置120。显示器114可以包括液晶显示器、发光二极管显示器、触摸屏或其他电子数字显示器装置，其可以由CPU驱动。显示器114可以被编程或配置成显示数据，诸如时间、心率和用户的血氧饱和度(SpO2)水平。在一种实施方式中，监控装置100是腕带，并且显示器114被配置为使得当用户佩戴监控装置时显示器面向远离用户手腕的外部。在其他实施方式中，可以省略显示器114，并且可以使用无线网络接口124经由近场通信(NFC)、蓝牙、WiFi或其他合适的无线通信协议将由监控装置100检测的数据发送到主计算机500，用于分析、显示和/或报告。

I/O装置120可以包括例如运动传感器、振动装置、灯、扬声器或声音装置、麦克风或其他模拟或数字输入或输出装置。存储器112可以包括RAM、ROM、FLASH存储器或其他数字数据存储，并且可以包括控制程序118，该控制程序包括指令序列，其在被从存储器加载并被CPU实行时，使得CPU执行本文所述的功能。光源102、附加光源104和检测器106可以使用驱动电路直接或间接地耦合到总线116，CPU可以通过其来驱动光源并从检测器获得信号。

主计算机500可以经由一个或多个网络128耦合到无线网络接口124，其可以包括使用地面或卫星链路中的任何一个的一个或多个局域网、广域网和/或互联网络。在一些实施方式中，主计算机500实行控制程序和/或应用程序，其被配置成执行本文描述的功能中的一些，包括但不限于本文关于图3、图4A和图4B描述的过程。

总线116可以以若干布置或几何形状中的任何一种耦合到光源102和检测器106，如本文进一步描述的。在一个示例布置中，光源102包括第一对光源G1、R1和第二对光源G2、R2。每对可以包括与第一光波长相关联的第一光源和与第二不同波长相关联的第二光源。例如，G1、G2可以包括使用相同的第一波长的光源，并且R1、R2可以使用第二不同的波长。在一个布置中，G1、G2以发射绿色可见光波长的光，并且R1、R2发射红色可见光波长的光。使用其他波长诸如红外的光源可以用于其他布置，代替G1、G2或R1、R2。

再次参照图1A，出于示出清楚示例的目的，图1A描绘了六对光源102、两个附加光源104和一个检测器106，但是在其他实施方式中，监控装置100可以包括任何数量的光源102(例如，光源102对)、附加光源104和检测器106。在一种实施方式中，光源102、附加光源104和检测器106被配置成在佩戴监控装置100时在用户皮肤附近对齐。“附近”可以意味着略微分开、靠近、邻近或直接接触的任何一种，但不需要直接接触。例如，在图1A中，监控装置100佩戴在用户的手腕上，使得光源102、附加光源104和检测器106邻近用户的内手腕。如图1A所示的监控装置100的定位仅作为示例提供，并且其他实施方式可以使用替代的定位。例如，该装置可以定位在光源102、附加光源104和检测器106取向在外手腕而不是内手腕上的位置。监控装置100可以形成有不同尺寸的周长尺寸，其使得光源102、附加光源104和检测器106与皮肤接触或者与皮肤分开。

图2示出了一个实施方式中的监控装置的示意立体图。作为示例，图2具有图1B的检测器和光源的布置。在该实施方式中，监控装置100包括腕带，其中光源102和检测器106安装在监控装置100的下侧上或下侧内。监控装置100可包括紧固装置以将监控装置附接到用户身体的一部分，并且紧固装置的具体形式并不重要。紧固装置可以是带条，其穿过带条的接纳部分并用钩子和/或环紧固件紧固。其他紧固装置可以包括夹子、闩锁、钩和毛圈搭扣紧固件诸如VELCRO、扣环、系带和/或粘合剂。紧固装置可以定位在监控装置100的任何一侧，使得紧固装置不会干扰移动或活动。

在一种实施方式中，监控装置100可以包括处理器、存储器、用户界面、无线收发器、一个或多个环境传感器以及一个或多个生物传感器，除了检测器106之外。例如，实施方式可以使用加利福尼亚州旧金山的Fitbit公司的美国专利No.8,948,832中所示类型的监控装置来实施，其全部内容为了所有目的通过引用结合于此，如同在本文中完全阐述一样。换句话说，美国专利No.8,948,832中所示类型的监控装置可以基于本文的附加公开来修改，以产生能够执行本文所描述的功能的工作活动监控设备。因此，本公开假定读者知道并理解美国专利No.8,948,832，并且本公开针对具有技术水平的人基于本文的附加公开而足以修改或调整美国专利No.8,948,832中所示类型的监控装置，以产生能够执行本文所描述功能的工作活动监控设备。

在各种实施方式中，光源102包括电子半导体光源，诸如发光二极管(LED)，或者使用灯丝、荧光粉或激光中的任何一种来产生光。第一光源和第二光源可以包括两个LED发射器，其共同定位在分开的封装或管芯中或者在单个封装或管芯中。

在本文的实施方式的任何一个中，检测器106可以包括光电二极管、光电晶体管、电荷耦合装置(CCD)、热电堆检测器或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器中的任何一种。检测器106可以包括多个检测器元件，如本文进一步描述的。检测器中的一个或多个可以包括带通滤波器电路。

在一种实施方式中，每对光源102包括表示为R1、R2的红色光源和表示为G1、G2的绿色光源。光源R1、R2可以发射峰值波长通常在550nm至940nm范围内的光。例如，在各种实施方式中，特定的红色光源可以发射具有560nm的峰值波长的光。

在一种实施方式中，光源G1、G2可以被配置成发射具有495nm至570nm范围内的波长的光。例如，特定的绿色光源可以发射具有528nm的波长的光。

在一些实施方式中，R1、R2可以包括红外光源，其可以发射具有750nm至1700nm范围内的峰值波长的光。作为示例而非限制，特定的红外光源可以发射具有730nm、760nm、850nm、870nm或940nm的峰值波长的光。商业光源诸如LED倾向于以约20nm的间隔提供输出，具有来自制造商指定波长的+/-10nm的中心波长容差，且因此光源的有用的峰值波长的一个可能的范围是550nm至950nm。

在一种实施方式中，光源102安装在沿着基板间隔开的位置。在一种实施方式中，光源102可以在具有检测器106的基板上横向对齐。例如，图1A和图2描绘了在检测器106任一侧的两对光源102。检测器106一侧的光源对可以与检测器106相等地间隔开，如同检测器相对侧的对应的对。附加地和/或可替代地，光源对可以彼此相等地间隔开。例如，在检测器106的一侧，第一对光源R1、G1可以放置在距检测器1mm处，并且第二对光源R2、G2可以放置在距第一光源1mm处。可以使用具有类似间隔的其他对。

可以从光源的一侧或光源的中心测量光源的间隔。例如，光源可以被配置成使得第一对光源的每个光源的中心距检测器106的边缘2mm，并且第二对光源的每个光源的中心距第一对光源中的对应的光源的中心2mm。间隔的特定大小可以取决于许多因素，并且本公开不将实施方式限制为任何特定间隔。例如，在各种实施方式中，在1mm(或更小)至10mm的范围的间隔将是可行的。

检测器106两侧的光源的取向可以相同。例如，在图2中描绘的取向中，每对光源可以包括顶部光源，该顶部光源包括绿色LED，以及底部光源，该底部光源包括红色LED。在其他实施方式中，检测器106两侧的光源可以具有相对的取向。附加地和/或可替代地，检测器106一侧的光源可以具有不同的取向。例如，检测器106一侧的第一对光源可以包括顶部光源，该顶部光源包括红色LED，并且检测器106另一侧的第二对光源可以包括顶部光源，该顶部光源包括绿色LED。

此外，在一些实施方式中，光源102中的一个或多个可以包括单个LED封装，其发射多个波长，诸如绿色、红色和/或红外波长，在相对于多个检测器的相同位置处。这种LED可以包括多个半导体元件，其使用单个封装中的单个管芯制造，且因此图1、图2并不意在暗示需要在分开的封装中的分开的部件。

检测器106是一个或多个传感器，其适于检测从光源102发射的光的波长。与特定检测器106组合的特定光源102可以包括传感器，诸如PPG传感器。第一PPG传感器和第二PPG传感器可以共享部件，诸如相同光源和/或检测器，或者具有不同的部件，且因此术语“PPG传感器”用于简单的描述，尽管在实施PPG传感器中实际实施方式可以使用多个部件。在一种实施方式中，检测器106可以包括一个或多个检测器，用于检测由光源使用的光的每个不同波长。例如，第一检测器可以被配置成检测具有560nm的波长的光，第二检测器可以被配置成检测具有940nm的波长的光，并且第三检测器可以被配置成检测具有528nm的波长的光。示例包括光电二极管，由半导体材料制造并具有仅允许进入特定波长或波长范围的光的滤光器。

在其他实施方式中，检测器106包括一个或多个检测器，被配置成检测多个波长的光。例如，单个检测器可以被配置成基于从耦合到检测器106的电数字微处理器接收的数据而调谐到不同的频率。用另一种方式，单个检测器可以包括多个活跃区域，其中每个活跃区域对给定的波长范围敏感。在一种实施方式中，单个检测器被配置成检测具有红色和红外频率中的波长的光，并且第二检测器被配置成检测具有绿色频率中的波长的光。此外，光源102和附加光源104中的每个可以使用光的一个或多个不同波长中的任何一个，如前所描述的。

在一种实施方式中，检测器106安装在具有一个或多个滤光器的壳体中，其被配置成滤掉除由光源102发射的波长之外的光的波长。例如，壳体的第一部分可以用滤光器覆盖，其去除除由光源102发射的波长的光之外的环境光。例如，来自光源102的信号可以在检测器106处通过环境光滤光器接收，其滤掉环境光源，其生成具有与由检测器检测的波长不同的波长的环境光。

2.2光源的其他示例布置

图1C示出了图1A、图1B的一部分，具有检测器和光源的第二示例布置。图1D示出了图1A、图1B的一部分，具有检测器和光源的第三示例布置。图1E示出了图1A、图1B的一部分，具有检测器和光源的第四示例布置，该检测器包括多个离散的检测器。图1F示出了图1A、图1B的一部分，具有检测器和光源的第五示例布置，该检测器包括多个离散的检测器。

参照图1C，在一个实施方式中，在每对光源G1、R1和G2、R2上提供光组合器或漫射层150。层150组合和/或漫射从不同光源(诸如G1、R1)发射的光，以减小感测到的信号对检测器106相对于光源G1、R1和/或G2、R2的距离或位置的依赖。

如图1D所见，在一种实施方式中，可以使用一个或多个多管芯光源封装M1、M2，其中的每个包括在同一封装中使用两个或更多个不同波长的两个或更多个光源。例如，M1、M2中的每个可以包括RGB LED。作为另一示例，M1、M2中的每个可以包括红色-绿色-红外LED，发射红色、绿色和/或红外光。在该布置中，不同波长源之间的间隔可以小于先前描述的其他布置。

现在参照图1E，在一个实施方式中，检测器包括检测器区域内的多个检测器106A、106B、106C、106D。检测器106A、106B、106C、106D中的每个相对于多管芯光源封装M1、M2中的光源形成不同的光路。图1E的布置也可以与分开的光源R1、G1、R2、G2一起使用，如图1A、图1B所见，和/或与漫射层一起，如图1C所见。

现在参照图1F，在一种实施方式中，光源簇160包括绿色光谱光源G1和红色光谱光源R1。在一种实施方式中，光源G1、R1物理地定位在第一红-绿光谱光检测器162A与第二红-绿光谱光检测器162B之间。在一个实施方式中，在图1F的布置中使用绿色和红色光来发射和检测已被发现对于心率检测是有益的。在一个实施方式中，光源G1、R1的管芯尽可能彼此接近地定位，并且可以在单个模块中。此外，在图1F中，第一检测器162A与光源G1、R1的对齐的中心轴线164分开第一距离DA。在一种实施方式中，第二检测器162B与中心轴线164分开第二距离DB，其等于DA。因此，光源G1、R1与检测器162A、162B之间的光路是相同的。

在一些实施方式中，光源簇160整体在检测器162A、162B之间居中，但是其中形成光源G1、R1的管芯可以在封装中偏离中心，使得G1和/或R1相比于另一个略微更靠近一个检测器。通常结果是相对较小的偏移，其中偏移是在沿着光源和壳体的Z轴线高度传播之后到达用户皮肤的实际光束宽度的一部分。

可选地，在另一实施方式中，红外光源I1靠近其他光源G1、R1定位；I1在G1、R1的附近有助于将I1、G1、R1全部制造为具有共阳极连接的发光二极管。红外光源I1与检测器162A、162B中的至少一个分开比与另一个检测器更大的距离。用于红外和红色光的附加检测器166可以靠近光源簇160定位并远离其他检测器，在将检测至少来自检测器I1、R1的反射光的位置。因此，在该实施方式中，光源I1与其检测器之间的路径不同于光源R1、G1与对应的检测器之间的路径；在图1F中所示的几何形状中，路径实际上是垂直的。这些可选元件可以提供有益于帮助CO2测量的信号。此外，来自I1的红外信号也可以用于检测设备何时从身体移除，并且设备可以响应于移除而被编程为关闭PPG模块而节省电力，因为当设备不在手腕或其他身体部位上时不能进行心率测量。以这种方式，基于IR信号的离体检测可以独自执行或与电容检测组合以指示失去皮肤接触。

图6A是多个离散的检测器和光源的第六示例布置的立体图。图6B是图6A的布置的俯视图，示出了将该布置电耦合到其他装置的引脚的位置。图6C示出了图6B的引脚的示例引脚分配。

首先参照图6A，在一种实施方式中，光检测装置602包括具有绿色、红色和红外光源的光源簇604，如结合图6B进一步描述的。装置602还包括以线性行布置的多个检测器PD1、PD2、PD3，其中至少一个检测器PD1邻近于光源簇604的第一侧，并且另外的检测器PD2、PD3邻近于光源簇的不同的第二侧。

从图6B可以看出，光源簇604包括绿色、红外和红色发光二极管，如图6B中从左到右所示。LED用共阳极连接构造。用于红色光、红外光和绿色光的三(3)个光电二极管检测器彼此对齐地线性定位，并且用于红色光和红外光的检测器定位为最接近于光源簇。在图6B的命名中，PD1和PD2是配置用于红色光和绿色光检测的光电二极管，并且PD3是用于红色光和红外光检测的光电二极管。对于所有PD1、PD2、PD3，由它们中的每个检测的频谱，可以通过选择附着在包括PD1、PD2、PD3的光电二极管半导体检测结构上的适当滤光器来控制。例如，在一种实施方式中，PD1和PD2可以配置有滤光器，其衰减大多数红色光但是通过在红色光谱的边界上的频率的一些，并且通过所有绿色光，由于其通常较弱的反射振幅。此外，在一些实施方式中，PD3检测所有光频率，并且后检波固件或软件滤光器用于从原始信号中提取IR光谱分量和/或红色光谱分量。图6C标识了电连接引脚的引脚号、引脚名称和引脚位置的功能，其中图6C中的引脚号对应于叠加在图6B中的装置位置上的附图标记。

在这些实施方式中的任何一个中，可以提供对所有光源的独立控制，或者若干光源被作为群或排一起控制；例如，所有绿色光源都在一排中控制，并且所有红色光源都在另一排中控制。

结合图1A、图1B、图1C、图1D、图1E、图1F、图2描述的配置仅仅是示例性的，并且要理解的是，其他配置是可能的。例如，虽然图1B和

图2示出了检测器106左边的发射器R1、G1对，和检测器106右边的另一对发射器R2、G2，但是在一些实施方式中，发射器R1、G1对可以定位在检测器106的一侧(例如，检测器106的左边)，并且可以没有发射器定位在检测器的另一侧。作为另一示例，在一些实施方式中，两个检测器106A和106B可以定位成使得一个检测器在光源102对(诸如包括一个绿色LED和一个红色或红外LED的共同定位的LED对)的任一侧。作为另一示例，在一些实施方式中，两个检测器106A和106B可以定位成使得一个检测器在单个多管芯光源封装(例如，单个红色和绿色和红外LED)的任一侧。

如上所描述的，光路表示从给定源(或发射器)到给定检测器的光的近似路径。因此，例如，如果存在多个相同或不同波长的发射器，诸如R1、R2、G1、G2等，以及多个检测器，诸如检测器106A、检测器106B等，则多个发射器中的每个与多个检测器中的每个之间存在有区别的光路，诸如从R1到检测器106A的光路、从R2到检测器106A的光路、从R1到检测器106B的光路、从R2到检测器106B的光路、从G1到检测器106A的光路等。此外，在多管芯LED的情况下(参见图1D)，单个多管芯LED中的每个单独光源(例如，红色、绿色和红外光源)可以被认为是用于限定发射器-检测器光路的目的的不同发射器。因此，与本文描述的实施方式一致，可以选择性地获得与前述光路中的任一个相关联的PPG信号，并用于估计心率。例如，可以使用质量度量诸如信噪比(SNR)来比较对应于多个路径和/或多个波长中的任一个的PPG信号，并且可以选择最高质量以用于估计心率。

3.示例心率估计技术

本文呈现了某些流程图以示出可由示例实施方式执行的各种方法。该流程图示出了可以使用任何合适的编程环境或语言编程的示例算法，以创建能够由监控装置100的CPU或微控制器实行的机器代码。换句话说，该流程图连同本文档中的书面描述，是对于所要求保护主题的方面的算法的公开，以通常用于在关于本公开的领域的技术人员中交流该主题的相同细节水平呈现。可以使用汇编、C、OBJECTIVE-C、C++、JAVA或其他人类可读语言对各种实施方式进行编码，并且然后进行编译、汇编或以其他方式转换为机器代码，其可以加载到ROM、EPROM或活动监控设备的其他可记录存储器中，其耦合到CPU或微控制器，且然后然后由CPU或微控制器实行。

出于示出清楚示例的目的，本公开可以关于其他附图诸如图1A、图1B、图1C、图1D、图1E、和图2中所示的装置/部件来描述该方法。然而，可以使用来自除了前述附图中所示的那些之外的其他源和计算机或设备的数据来实施其他实施方式。

在一种实施方式中，可以处理从具有多个波长的光源获得的PPG信号，以过滤或拒绝与用户运动相关联的信号分量，使用计算机程序以识别信号的运动分量并将其从复合信号中去除，将心脏分量留作剩余或最终信号。

图3示出了使用多个PPG信号生成估计心率的示例方法。在框302处，该方法基于发射具有第一波长的光的第一光源获得第一PPG信号。可以基于在上面已经描述的频率中的任何一个下操作的光源从检测器获得第一PPG信号。例如，通过实行存储在存储器112(图1B)中的指令作为控制程序118，CPU 110向驱动器122发信号以激活光源G1、G2，其产生指向朝向血管的光，其被反射到检测器106。检测器106产生响应信号至总线116，其经由驱动器122门控到CPU110，且然后存储在CPU的寄存器中或存储器112中。第一PPG信号可以以能够由处理器处理的任何合适的形式表示，诸如从模拟部件采样并存储在计算机存储器中的数字数据或模拟信号。在一种示例中，第一PPG信号可以对应于在发射的光已与用户的皮肤交互之后由光源(或多个光源)先前发射的绿色光，当佩戴监控装置时，并且第一PPG信号可以包括运动部件。

在框304处，该方法基于发射具有第二波长的长度的第二光源获得第二PPG信号。例如，以类似于上面针对框302描述的方式，CPU110驱动光源R1、R2并基于那些光源从检测器106获得第二PPG信号。同样，第二组PPG信号可以以能够由处理器处理的任何合适的形式表示，诸如从模拟部件采样并存储在计算机存储器中的数字数据或模拟信号。在一种示例中，第二PPG信号比第一PPG信号从光源发射的不同波长范围获得。例如，第二PPG信号可以从红色和/或红外光源获得。

由于图3的以及如下所描述的图4A、图4B的方法可以与先前描述的实施方式中的任何一个使用，在框302、304处获得信号可以包括使用第一光源获得第一PPG信号中的一个或多个，或者使用第二光源获得第二PPG信号中的一个或多个，通过漫射层或使用图1C、图1D和图1E的布置中的任何一个。

在框306处，该方法基于第一PPG信号和第二PPG信号生成估计心率值。可以使用用于生成心率值的各种技术，如本文针对其他实施方式所描述的。例如，基于先前从高质量PPG信号创建和存储的模板的模板匹配，可用于为匹配滤光器提供滤光器系数以最大化信噪比，或者可以使用自适应滤光器，其基于从PPG数据集导出的心跳数据实时地调谐带通，通常基于绿色光源。一旦获得心率估计，就可以使用第二PPG信号中可用或明显的信号、数据值或数据点来修改或改善第一PPG信号，使得得到的经修改或改善的第一PPG信号可以更准确地转换成估计心率值。

在框308处，该方法使得估计心率值被经由客户端装置的用户界面显示。例如，CPU110驱动显示器114以显示得到的心率值。在其他实施方式中，该方法可以被编程为使得将估计心率值上载到主计算机500用于进一步处理、显示或报告。

在图3的各种实施中，可以使用多个检测器或检测器区域。例如，图3的方法还可以包括使用多个离散的检测器来获得第一PPG信号和第二PPG信号，各个离散的检测器适于检测来自不同光源的光。例如，图3的方法还可以包括使用多个离散的检测器来获得第一PPG信号和第二PPG信号，各个离散的检测器适于检测来自以下不同光源中的光：绿色光源组(例如，第一光源G1、G2)的第一绿色光源(例如，G1)，该绿色光源组(例如，第一光源G1、G2)的第二绿色光源(例如，G2)，红色光源组(例如，第二光源R1、R2)的第一红色光源(例如，R1)，以及该红色光源组(例如，第二光源R1、R2)的第二红色光源(例如，R2)。在一些实施方式中，检测器都是相同的，但是在其他实施方式中，不同的检测器适于检测不同波长等的光。

在一个实施方式中，心率估计过程识别绿色光对氧合血红蛋白的响应比红色光更多，且因此来自绿色光的PPG信号相对于运动信号具有比来自红色光的PPG信号更高的心脏分量。图4A示出了使用接收第一信号和第二信号的多波长PPG传感器来生成估计心率的示例方法。框402表示开始操作或初始化。在框404处，一组估计器检测器指令对第二信号进行操作，并且生成指示在第二信号中运动分量相对高还是心脏分量相对高的输出。在一种实施方式中，使用绿色和红色光源，其中第一信号对应于绿色信号且第二信号对应于红色信号，并且该方法使用从红色信号导出的度量来确定红色信号中的大部分是否由心脏信号或是运动信号组成。

如果第二信号中的大部分由心脏信号组成，则不执行校正，并且只有可以基于绿色光源的第一信号用于心率估计，如框406所示。

然而，如果第二信号中的大部分是运动信号，则在框408处使用若干方式中的任何一种来执行校正。在一个实施方式中，该方法确定用于给定时间窗口的红色与绿色信号之间的近似缩放和平移因子，且然后从绿色信号中减去转换的红色信号。在另一实施方式中，在从绿色信号中减去之前，将最佳线性转换应用于红色信号，使得其去除绿色信号中存在的所有运动分量并仅留下心脏分量。可以使用的其他技术包括但不限于：独立分量分析(ICA)和其他形式的盲源分离。然后可以使用经修改的绿色信号来执行心率估计，运动信号已被从经修改的绿色信号中移除。在一些实施方式中，可以基于第二信号(例如，红色信号)来修改第一信号(例如，绿色信号)，如结合操作408描述的，而无需首先执行操作404和406(例如，无需确定第二信号中的大部分是否由运动信号或是心脏信号组成)。

在另一实施方式中，可以基于经由不同光路而不是不同波长获得的信号来执行检测PPG信号的心脏分量和检测PPG信号的运动分量。该实施方式认识到经由光源与检测器之间的不同光路获得的信号可以具有不同的运动特性的发现。例如，可以知道来自第一光路的信号对心脏信号更敏感或另外具有相对较高的心脏分量(与运动分量相比)，而来自第二光路的信号可以对运动更敏感或另外具有相对较高的运动分量(与心脏分量相比)。用这样的数据，该方法可以使用第一光路来感测信号的心脏分量，并且使用第二不同的光路来感测运动分量。然后，本文另外描述的技术(例如，参见图4A)可以用于基于第二信号校正或转换第一信号。作为非限制性示例，第二光路可以是与第一光路相比检测器更远离发射器的光路。在这些实施方式中，用于经由第一光路和第二光路获得信号的光源可以使用相同的光的频率。

在其他实施方式中，当使用多个检测器时可以单独读出每个检测器，或者可以单独控制每个光源，并且这样的实施方式可以沿着若干不同的光路收集PPG传感器数据。例如，在图1B的布置中，如果控制程序118交替地与R2、G2分开地驱动R1、G1上的激活，则检测器106可以捕获两组数据，即用于检测器左边的第一光路的一组数据，和用于检测器右边的第二光路的一组数据。控制程序118可以使用两组数据来实现更准确的HR估计。在一种实施方式中，一个这样的程序估计在第一光路和第二光路中的每个上获得的数据的信号质量，并选择使用更高质量的路径进行HR估计。

图4B示出了使用多位置PPG传感器生成估计心率的示例方法。在其他实施方式中，可以使用多于两个PPG传感器数据的信道，多达由物理硬件感测到的一样多的光路。

在图4B的方式中，使用从两个信道的每个获得的信号或数据进行中间心率估计。如在框420和框422处所见，在框402处开始之后，该方法使用第一PPG信号确定心率估计并且还使用第二PPG信号确定分开的心率估计。在一种实施方式中，框420、422中的每个产生心率的估计，例如，以每分钟心跳数(BPM)和置信度值(在本文中也称为质量度量)作为输出。在一种实施方式中，置信度值是对应信道的信号质量的估计。

在框424处，该方法在多个心率估计之间进行选择。在一个实施方式中，框424包括在经由框420、422获得的那些中选择具有最高关联置信度值的一个估计。在一种实施方式中，该方法可以使用滞后逻辑，其防止在短时间窗口内的两个不同信道的信号之间跳跃，例如，如果两者的置信度值都在指定的容差值内。

在一种实施方式中，该方法还可以包括使用关于用户的附加背景数据来偏置两个信道之间的心率估计的选择的逻辑。在图3、图4A、图4B任一个中，该方法可以包括确定用户正在锻炼，并且使用该确定来影响该方法的操作，诸如支持来自框420或框422的信号，当用户已知要锻炼时，其在BPM中具有更高的心率估计。确定用户正在锻炼可以发生例如使用来自形成图1A、图1B、图2的设备的一部分的加速度计的输入，和/或使用指示用户当前正在锻炼(或刚刚完成锻炼，或即将开始锻炼等)的明确的输入，其已被用户使用输入装置指定。或者，该系统可以例如基于加速度计数据来推断用户正在睡觉，并且可以在该情况下选择较低的心率值。在一个实施方式中，该方法还可以包括从第一光源和第二光源附近的运动传感器获得运动数据；确定运动数据指示用户正在进行锻炼；响应于确定运动数据指示用户正在进行锻炼，从第一初步估计心率值与第二初步估计心率值中选择较高心率值以用于生成心率值。

此外，在一些实施方式中，该方法可以一起处理指示锻炼状态的数据和置信度度量二者。例如，在一个实施方式中，如果确定用户正在锻炼(例如，如果运动传感器数据指示用户正在锻炼)，则该方法可以选择最高心率估计，如果两个估计的置信度值是可比较的(例如，如果两个置信度值之间的差小于预定阈值)，但是该方法也可以选择较低的心率估计，如果其具有比较高的HR估计的置信度值高得多的置信度值(例如，如果两个置信度值之间的差大于预定阈值)。

因此，在一些实施方式中，置信度值本身可以基于用户是否正在锻炼来调整。例如，如果确定用户正在锻炼，则可以将较高心率估计的置信度值提高预定的量、乘数、权重因子等。或者，以类似的方式降低较低心率估计的置信度值。然后，该方法可以继续选择具有最高最终置信度度量的心率估计。

在框426处，在一个实施方式中，使用过滤步骤使所选择的估计心率值平滑。可以执行过滤以提高准确性，或者呈现更好的用户体验，或者两者兼有。

图4B的方式有效地允许信号的质量影响信号的选择和使用。更一般地，图4B包括以下方法：基于第一PPG信号来确定第一质量度量，并且基于第二PPG信号来确定第二质量度量；将第一质量度量与第二质量度量进行比较，并选择第一质量度量或第二质量度量作为较高质量度量；并且基于对应于较高质量度量的第一PPG信号或第二PPG信号中的一个生成估计心率值。在一个实施中，质量度量可以是与信号相关联的置信度值。因此，在该方法中，确定第一质量度量可以包括确定与第一PPG信号相关联的第一置信度值，第一置信度值指示基于第一PPG信号生成的第一初步估计心率值的质量，并且确定第二质量度量包括确定与第二PPG信号相关联的第二置信度值，第二置信度值指示基于第二PPG信号生成的第二初步估计心率值的质量。在一些替代实施方式中，可以基于心脏信号大小与非心脏(例如，噪声)信号大小的比来确定本文描述的质量度量。

在一些实施方式中，可以使用心率和其他质量度量的大小。例如，该方法可以包括从第一光源和第二光源附近的运动传感器获得运动数据，并确定运动数据指示用户正在进行锻炼。然后，响应于确定运动数据指示用户正在进行锻炼，该方法可以从第一初步估计心率值和第二初步估计心率值中选择较高心率值以用于生成心率值。

在该方式的一个特征中，方法(例如，图4B的方法)可以包括在不同时间选择性地激活第一光源中的一个或多个和第二光源中的一个或多个。

使用这些方式，从一个PPG信号收集的额外信息可以用于提高从另一PPG信号估计心率值的准确性，尤其是当用户正在锻炼或进行强烈运动活动时。此外，可以将PPG信号处理为对运动具有更强的鲁棒性，且因此可以将监控装置100设计或策划成适应不太严格的不活动要求，作为获得有益心率值的基础。例如，在一些情况下，监控装置可以能够适应对身体较不贴身的附接，和/或在某些情况下监控装置可以能够适应更高水平的锻炼或其他活动，否则使用监控装置将干扰获得准确的心率值，当安装在身体上时。

在各种实施方式中，图3、图4A、图4B的方法可以由以下中的一个或多个执行：在监控装置或辅助装置上操作的固件，诸如与监控装置配对的移动装置、服务器、主计算机500等。例如，监控装置可以实行与生成PPG信号有关的操作，该PPG信号被上载或以其他方式传送到服务器，该服务器执行用于去除运动分量和创建最终心率估计值的操作。可替代地，监控装置可以执行与生成PPG信号和去除运动分量有关的操作，以产生监控装置100本地的最终心率估计值。在这种情况下，可以将最终心率估计上载或以其他方式传送到服务器，诸如使用该值执行其他操作的主计算机500。

虽然本文的各种示例描述了基于第一光源(例如，绿色光源)获得第一PPG信号并且基于第二光源(例如，红色或IR光源)获得第二PPG信号，但是监控装置可以应用本文描述的技术以从多于两种类型的光源获得PPG信号，用于生成估计心率值的目的。例如，在一些实施方式中，监控装置可以基于第一光源(例如，绿色光源)获得第一PPG信号，基于第二光源(例如，红色光源)获得第二PPG信号，并且基于第三光源(例如，IR光源)获得第三PPG信号，其被配置为发射具有第三光波长的光，并且基于从第一、第二和第三PPG信号中的任何一个或多个获得的数据生成估计心率值。

在一些实施方式中，本文描述的监控装置可以基于用户的皮肤色素沉着在从不同波长获得的PPG信号之间切换，以便生成更准确的心率估计。例如，由于红色波长被黑色素衰减较少，因此可以经由来自他们的皮肤中具有高黑色素含量的用户的红色信道来获得更合格的心率信号是可能的。在一些实施方式中，监控装置可以基于包括在监控装置中的成像传感器或环境光检测器，或者基于经由监控装置或连接到监控装置的输入装置而接收的明确的用户输入(例如，指示肤色)，来确定用户的皮肤色素沉着。因此，如果本文描述的CPU110或控制程序118确定用户的皮肤色素沉着满足一个或多个规则或条件(例如，如果用户的皮肤色素沉着可以被分类为具有高黑色素含量的特定皮肤色素沉着)，则CPU 110或控制程序118可以基于红色光源选择性地获得PPG信号，用于确定心率的目的，与本文描述的技术一致。

在一种实施方式中，在相对于检测器间隔不同的配置中使用多个光源或其他发射器，允许监控装置100控制有效的检测器-光源间隔以优化各种用户皮肤条件下的信号强度，通过激活不同的光源对。随着检测器-光源间隔增加，例如，光源与检测器之间的光路在更长和更深的路径上对组织含量进行采样，从而提高了信号强度。例如，由于诸如皮肤冷却的条件而表现出低灌注的时间段的用户，可以受益于在程序控制下自动增加光源-检测器间隔，通过激活更远离检测器的红色光源。使用单个发射器和多个检测器可以获得相同的效果。

附加地或可替代地，图3、图4A、图4B的过程可以接收来自指示环境温度或活动监控设备的佩戴者的皮肤温度的生物传感器或环境传感器的输入。基于从这些传感器接收的温度值的改变，该过程可以供能或去除供能至不同的光源对。在该实施方式中，图3、图4A、图4B的过程可以包括：仅激活两对或更多对红色光源和绿色光源中的第一对，并且去除激活所有其他对；从一个或多个检测器接收仅来自该两对或更多对红色光源和绿色光源中的第一对的第一红色PPG信号和第一绿色PPG信号；从位于该两个或更多个第一对附近的环境温度传感器接收环境温度信号；确定环境温度信号小于存储的最低温度信号；基于该确定，激活该两对或更多对红色光源和绿色光源中的第二对，从一个或多个检测器接收与第二对相关联的第二绿色PPG信号和第二红色PPG信号，使用第一红色PPG信号和第二红色PPG信号形成组合的红色PPG信号，并且使用第一绿色PPG信号和第二绿色PPG信号形成组合的绿色PPG信号。

图3、图4A、图4B的过程还可以包括反馈环路和其他测试操作，其引起在环境条件改变时选择性地供能或去除供能监控装置100的不同对红色和绿色光源。例如，图3、图4A、图4B的过程可以实施为每当监控装置100通电时激活的连续环路的一部分，并且可以包括当确定从第一对光源接收的信号大于存储的最小信号值时向第二对光源去除供能的操作。此外，可以对任何一对或多对光源重复作为整体的过程，使得该过程引起在任何一次功能三对或更多对光源。以这种方式，随着时间的推移，对的不同组合可以响应于改变环境条件、改变皮肤温度、监控装置100在用户身体上的移动或者引起来自光源的信号强度改变的其他条件，而动态地供能或去除功能。

4.实施示例-硬件概述

根据一个实施方式，本文描述的技术由一个或多个专用计算装置实施。该专用计算装置可以是硬连线的以执行这些技术，或者可以包括数字电子装置，诸如一个或多个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)，其被持续编程为执行该技术；或者可以包括一个或多个通用硬件处理器，该通用硬件处理器被编程为根据固件、存储器、其他储存器或组合中的程序指令来执行该技术。这种专用计算装置还可以将定制的硬连线逻辑、ASIC或FPGA与定制编程组合以实现该技术。专用计算装置可以是台式计算机系统、便携式计算机系统、手持装置、网络装置或合并硬连线和/或程序逻辑的任何其他装置以实施该技术。

例如，图5是示出可以在其上实施实施方式的计算机系统500的框图。计算机系统500包括总线502或用于传送信息的其他通信机构，以及与总线502耦合的用于处理信息的硬件处理器504。硬件处理器504可以是例如通用微处理器。

计算机系统500还包括主存储器506，诸如随机存取存储器(RAM)或其他动态存储装置，耦合到总线502，用于存储将由处理器504实行的指令和信息。主存储器506还可以用于在实行要由处理器504实行的指令期间存储临时变量或其他中间信息。这种指令当存储在处理器504可访问的非暂时性储存介质中时，致使计算机系统500成为专用机器，其被定制为执行指令中特定的操作。

计算机系统500还包括只读存储器(ROM)508或耦合到总线502的其他静态存储装置，用于存储用于处理器504的静态信息和指令。提供存储装置510诸如磁盘、光盘或固态驱动器，并耦合到总线502以存储信息和指令。

计算机系统500可以经由总线502耦合到显示器512，诸如阴极射线管(CRT)，用于向计算机用户显示信息。输入装置514，包括字母数字和其他键，耦合到总线502，用于将信息和命令选择传送到处理器504。另一种类型的用户输入装置是光标控制516，诸如鼠标、轨迹球或光标方向键，用于将方向信息和命令选择传送到处理器504并用于控制显示器512上的光标移动。该输入装置通常具有两个自由度在两个轴线上，第一轴线(例如，x)和第二轴线(例如，y)，其允许装置指定平面中的位置。

计算机系统500可以实施本文描述的技术，使用定制的硬连线逻辑、一个或多个ASIC或FPGA、固件和/或程序逻辑，其与计算机系统组合而使计算机系统500成为或将该计算机系统编程为专用机器。根据一个实施方式，响应于处理器504实行包括在主存储器506中的一个或多个指令的一个或多个序列，由计算机系统500来执行本文的技术。这种指令可以从另一存储介质诸如存储装置510读入主存储器506。实行包括在主存储器506中的指令序列使处理器504执行本文描述的过程步骤。在替代实施方式中，可以使用硬连线电路代替软件指令或与该软件指令组合。

本文使用的术语“存储介质”是指存储使机器以指定方式操作的数据和/或指令的任何非暂时性介质。这样的存储介质可以包括非易失性介质和/或易失性介质。非易失性介质包括例如光盘、磁盘或固态驱动器，诸如存储装置510。易失性介质包括动态存储器，诸如主存储器506。常见形式的存储介质包括例如软磁盘、软盘、硬盘、固态驱动器、磁带或任何其他磁数据存储介质、CD-ROM、任何其他光学数据存储介质、任何具有孔模式的物理介质、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、NVRAM、任何其他存储器芯片或盒式磁带。

存储介质不同于传输介质但可以与传输介质结合使用。传输介质参与在存储介质之间传递信息。例如，传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括包含总线502的导线。传输介质还可以采用声波或光波的形式，诸如在无线电波和红外数据通信期间生成的声波或光波。

各种形式的介质可以涉及将一个或多个指令的一个或多个序列承载到处理器504以供实行。例如，指令最初可以在远程计算机的磁盘或固态驱动器上承载。远程计算机可以将指令加载到其动态存储器中，并使用调制解调器通过电话线发送指令。计算机系统500本地的调制解调器可以在电话线上接收数据并使用红外发射器将数据转变成红外信号。红外检测器可以接收红外信号中承载的数据，并且适当的电路可以将数据置于总线502上。总线502承载数据到主存储器506，处理器504从其检索并执行指令。由主存储器506接收的指令可以可选地在由处理器504实行之前或之后存储在存储装置510上。

计算机系统500还包括耦合到总线502的通信接口518。通信接口518提供耦合到网络链路520的双向数据通信，该网络链路连接到本地网络522。例如，通信接口518可以是综合业务数字网(ISDN)卡、电缆调制解调器、卫星调制解调器或调制解调器，以提供到对应类型的电话线的数据通信连接。作为另一示例，通信接口518可以是局域网(LAN)卡，以提供到兼容LAN的数据通信连接。还可以实施无线链路。在任何这样的实施中，通信接口518发送和接收承载表示各种类型信息的数字数据流的电信号、电磁信号或光信号。

网络链路520通常提供通过一个或多个网络到其他数据装置的数据通信。例如，网络链路520可以提供连接通过本地网络522到另一主计算机524或到由因特网服务提供商(ISP)526操作的数据装备。ISP526进而通过现在通常称为“因特网”528的全球分组数据通信网络来提供数据通信服务。本地网络522和因特网528二者都使用承载数字数据流的电信号、电磁信号或光信号。通过各种网络的信号和网络链路520上的信号以及通过通信接口518的信号，其将数字数据承载到计算机系统500并从该计算机系统承载数字数据，其是传输介质的示例形式。

计算机系统500可以发送消息和接收数据，包括程序代码，通过网络(一个或多个)、网络链路520和通信接口518。在因特网示例中，服务器530可以通过因特网528、ISP526、本地网络522和通信接口518传输用于应用程序的请求代码。

所接收的代码可以由处理器504实行，当其被接收和/或存储在存储装置510中或其他非易失性储存器中以供稍后实行时。

在前面的说明书中，已经参照很多具体细节描述了实施方式，其可以根据实施而变化。因此，说明书和附图被认为在说明性的而非限制性的意义上。本公开的范围的唯一和排他性指示，以及申请人意图作为本公开的范围，是从本申请发布的权利要求组的字面和等同的范围，其中这种权利要求发布的具体形式，包括任何后续更正。

Claims

1.一种数据处理方法，包括：

基于一个或多个第一光源获得一个或多个第一光电容积脉搏波(PPG)信号，所述第一光源被配置成发射具有对应于绿色光波长的第一光波长的光；

基于一个或多个第二光源获得一个或多个第二PPG信号，所述第二光源被配置成发射具有对应于红色光波长的第二光波长的光，所述第一光源中的一个或多个和所述第二光源中的一个或多个共同定位；

基于所述第一PPG信号和所述第二PPG信号中的一个或多个生成估计心率值；以及

使得所述估计心率值被经由客户端装置上的用户界面显示。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，使用第一检测器来获得所述第一PPG信号中的至少一个或者所述第二PPG信号中的至少一个；其中使用第二检测器来获得所述第一PPG信号中的至少一个或者所述第二PPG信号中的至少一个；其中所述第一检测器和所述第二检测器定位在相对于所述第一光源中的一个或多个和相对于所述第二光源中的一个或多个具有不同光路的不同位置处。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一光源中的一个或多个和所述第二光源中的一个或多个包括离散的发光二极管(LED)发射器。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一光源中的一个或多个和所述第二光源中的一个或多个共同包括单个多色发光二极管(LED)。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述单个多色LED是红色-绿色-红外LED。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：从设备中的所述第一光源接收所述第一PPG信号，所述设备被配置成当被佩戴在手腕、耳部或头部中的任何一个上时，使所述第一光源邻近于人的血管对齐。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：

基于检测器的第一侧处的第一绿色光源和与所述检测器的所述第一侧相对的第二侧处的第二绿色光源获得所述第一PPG信号；以及

基于所述检测器的所述第一侧处的第一红色光源和所述检测器的所述第二侧处的第二红色光源获得所述第二PPG信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，至少所述第一绿色光源和所述第一红色光源共同定位，以在朝向所述检测器的相同光路上发射光。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一绿色光源和所述第一红色光源二者都在相同的光源封装中。

10.根据权利要求7所述的方法，还包括经由通过在所述光源上提供的至少一个漫射层反射的光获得所述第一PPG信号和所述第二PPG信号。

11.根据权利要求7所述的方法，还包括使用所述第一绿色光源、所述第二绿色光源、所述第一红色光源和所述第二红色光源的多个离散的检测器获得所述第一PPG信号和所述第二PPG信号。

12.根据权利要求1所述的方法，还包括：

确定大部分所述第二PPG信号由心脏信号组成；以及

响应于确定大部分所述第二PPG信号由心脏信号组成，仅基于所述第一PPG信号生成所述估计心率值。

13.根据权利要求1所述的方法，还包括：

确定大部分所述第二PPG信号由运动信号组成；以及

响应于确定大部分所述第二PPG信号由运动信号组成，从所述第一PPG信号中去除对应的运动信号，并且在所述去除之后仅基于所述第一PPG信号生成所述估计心率值。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述去除包括基于光学线性转换而转换所述第二PPG信号，并且从所述第一PPG信号中减去经转换的所述第二PPG信号。

15.根据权利要求1所述的方法，还包括：

基于所述第一PPG信号确定第一质量度量，并且基于所述第二PPG信号确定第二质量度量；

将所述第一质量度量与所述第二质量度量进行比较，并选择所述第一质量度量或所述第二质量度量作为较高质量度量；以及

基于对应于所述较高质量度量的所述第一PPG信号或所述第二PPG信号中的一个生成所述估计心率值。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括在不同时间选择性地激活所述第一光源中的至少一个和所述第二光源中的至少一个。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，确定所述第一质量度量包括确定与所述第一PPG信号相关联的第一置信度值，所述第一置信度值指示基于所述第一PPG信号生成的第一初步估计心率值的质量，并且其中确定所述第二质量度量包括确定与所述第二PPG信号相关联的第二置信度值，所述第二置信度值指示基于所述第二PPG信号生成的第二初步估计心率值的质量。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：

从所述第一光源和所述第二光源附近的运动传感器获得运动数据；以及

确定所述运动数据指示用户正在进行锻炼；

响应于确定所述运动数据指示用户正在进行锻炼，从所述第一初步估计心率值和所述第二初步估计心率值中选择较高心率值以用于生成所述心率值。

19.根据权利要求1所述的方法，还包括：

基于一个或多个第三光源获得一个或多个第三PPG信号，所述第三光源被配置成发射具有第三光波长的光，其中，所述第三光波长是红外波长；以及

基于从所述第三PPG信号获得的数据修改所述估计心率值。

20.一种活动监控设备，包括：

一个或多个处理器；

非暂时性计算机可读存储介质，耦合到所述一个或多个处理器并存储一个或多个指令序列，所述指令序列在被使用所述一个或多个处理器实行时，使所述一个或多个处理器执行：

使得所述估计心率值被经由客户端装置上的用户界面显示。

21.一种数据处理方法，包括：

基于一个或多个第一光源获得一个或多个第一光电容积脉搏波(PPG)信号，所述第一光源被配置成发射具有绿色光波长的光；

基于一个或多个第二光源获得一个或多个第二PPG信号，所述第二光源被配置成发射具有红色光波长或红外波长的光；

基于所述第一PPG信号和所述第二PPG信号中的一个或多个生成估计心率值，所述生成包括：

识别所述一个或多个第二PPG信号中的运动信号；

从所述第一PPG信号中去除对应的运动信号，以生成经修改的第一PPG信号；以及

基于所述经修改的第一PPG信号生成估计心率值；以及

使得所述估计心率值被经由客户端装置上的用户界面显示。

22.一种活动监控设备，包括：

一个或多个处理器；

基于一个或多个第一光源获得一个或多个第一光电容积脉搏波(PPG)信号，所述第一光源被配置成发射具有绿色光波长的光；基于一个或多个第二光源获得一个或多个第二PPG信号，所述第二光源被配置成发射具有红色光波长或红外波长的光；

识别所述一个或多个第二PPG信号中的运动信号；

基于所述经修改的第一PPG信号生成所述估计心率值；以及

使得所述估计心率值被经由客户端装置上的用户界面显示。