CN109512421A - 用于在身体和认知状态方面对在电极传感器的阵列中检测到的信噪比的解释的系统和方法 - Google Patents

Abstract

用于在身体和认知状态方面对在电极传感器的阵列中检测到的信噪比的解释的系统和方法。提供了一种用于通过组合对从单个传感器导出的2个独立量的分析来测量个体的认知状态的方法和系统。所述方法包括与个体接触地放置心电图（ECG）传感器的阵列。传感器连续地测量来自每个ECG的ECG电压和信噪比。我们针对每个ECG传感器计算的到传感器的距离和施加到传感器的压力与来自每个相应的ECG传感器的ECG电压和信噪比测量值相对应。接下来，基于ECG传感器的组合信噪比生成图形的距离和压力图，并且连续地分析图形的距离和压力图以确定个体的认知状态。

Description

用于在身体和认知状态方面对在电极传感器的阵列中检测到 的信噪比的解释的系统和方法

技术领域

本发明一般涉及生物参数监视，并且更特别地涉及用于测量个体的认知状态的系统和方法。

背景技术

维持警惕的认知状态对于包括航空器飞行员、交通工具驾驶员等等的许多工作来说显然是重要的。存在各种类型的传感器和监视器来监视这些位置中的个体。然而，这些系统经常基于对单个类型的生物信号的记录和分析，并且因此易于部分或完全丧失功能。因此，存在对于基于可以从单个传感器的读出导出的若干类型的生物信号来测量个体的认知状态的系统和方法的需要。

发明内容

提供本发明内容来以简化的形式描述将在具体实施方式中进一步描述的选择概念。本发明内容不旨在标识要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用作对于确定要求保护的主题的范围的帮助。

提供了一种用于测量个体的认知状态的方法。所述方法包括：与个体接触地放置心电图（ECG）传感器的阵列；针对每个ECG传感器连续地测量信噪比；计算对应于每个相应的ECG传感器的信噪比的每个ECG传感器与个体之间的距离和压力；基于ECG传感器的组合信噪比生成图形的距离和压力图；并且连续地分析距离和压力图以确定个体的认知状态。

提供了一种用于测量个体的认知状态的系统。所述系统包括：与个体接触地放置的心电图（ECG）传感器的阵列，其中ECG传感器连续地测量阵列中的每个ECG传感器的ECG电压和相关的信噪比；以及接收来自每个ECG传感器的信噪比的微处理器，其中微处理器计算对应于ECG电压和信噪比测量的施加到每个ECG传感器的压力和到每个ECG传感器的距离，基于ECG传感器的组合的信噪比来生成图形的距离和压力图，并且连续地分析该距离和压力图以确定个体的认知状态。

此外，系统和方法的其他期望的特征和特性将结合附图和前述的背景技术从随后的具体实施方式和所附的权利要求书变得清楚。

附图说明

在下文将结合以下的附图描述本发明，其中相同的数字表示相同的元素，并且其中：

图1示出了根据一个实施例的与讨论的个体（subject individual）身体接触（physical contact）的心电图（ECG）传感器的阵列的图；

图2示出了根据现有技术实施例的ECG阵列的信噪比图；

图3示出了根据一个实施例的ECG阵列的信噪比图；

图4示出了根据一个实施例的对应于不同的讨论的个体身体位置的ECG阵列的信噪比；

图5示出了根据一个实施例的对应于不同的讨论的个体身体位置的ECG阵列的信噪比图；

图6示出了根据一个实施例的对应于讨论的个体的不同认知状态的ECG传感器信噪比的曲线图；以及

图7示出了根据一个实施例的使用来自ECG阵列的信噪比来确定个体的认知状态的方法的流程图。

具体实施方式

以下的具体实施方式在性质上仅是示例性的并且不旨在限制本发明或本发明的应用和用途。如本文中所使用的词“示例性的”意味着“充当示例、实例或说明”。因此，本文中描述为“示例性的”的任何实施例不一定被解释为相对于其他的实施例是优选或有利的。本文中描述的所有的实施例都是为了使本领域中的技术人员能制作或使用本发明而提供的示例性的实施例并且不限制由权利要求限定的本发明的范围。此外，不意图受到在前述技术领域、背景技术、发明内容或以下的具体实施方式中呈现的任何明示或暗示的理论的约束。

已经开发了用于测量个体的认知状态的系统和方法。一个实施例涉及与讨论的个体间接接触地放置电容性心电图（ECG）传感器的阵列。传感器连续地测量ECG电压并且利用传感器硬件针对每个传感器确定相关信噪比。对于每个ECG传感器计算对应于ECG电压的读出及其信噪比的距离和压力。针对阵列的每个传感器计算的距离和压力值被用于生成图形的距离和压力图，其被连续地分析以确定个体的认知状态。

现在转到图1，示出了根据一个实施例的与讨论的个体104接触的心电图（ECG）传感器的阵列的图100。在该示例中，示出了ECG传感器102的方形网格。在替代的实施例中，可以以传感器的矩形或类似形状的网格图案布置ECG传感器的阵列。此外，网格图案在水平方向上可以更长，在每个水平行中具有更大数量的传感器。该实施例将具有提供与讨论的个体104的胸部区域接触的更多传感器的优势。

阵列共同地测量记录在个体上的来自每个传感器的ECG电压和信噪比。在一些实施例中，与个体的皮肤的接触是间接（in direct）的，因为ECG传感器可以以在个体和传感器之间的高达1厘米（cm）的隔离（insulation）运转。这将计及座位上的任何垫料或由讨论的个体所穿的衣物。在替代的实施例中，可以与个体直接身体接触地放置传感器。

信噪比由每个ECG传感器106的硬件确定为信号的强度除以电子背景噪声。在所示的实施例中，在网格的右下角中的传感器（E 33）被示出为对于10的信噪比而言具有带有1的相对噪声强度的10的相对信号强度。这是网格传感器中最高的信噪比并且其反映了阵列的最强信号。信号的强度与个体和传感器之间的距离成比例并且与由讨论的个体施加在该传感器上的压力成比例。针对阵列的每个传感器计算距离和压力两者。

现在转到图2，示出了根据现有技术实施例的ECG阵列的信噪比图200。在现有技术中，信噪比将仅将E 33传感器202标识为在阵列中具有最高的信噪比。来自E 33的信号将被用于提供阵列的所有传感器的最可靠的ECG电压，而来自阵列中的其他传感器的信号将被忽略。相对地，图3示出了根据本实施例的ECG阵列的信噪比图300。在该实施例中，相对于接触的质量，在信噪比图上测量和反映每个传感器的信噪比302。在该实施例中，色码被用于指示信噪比的相对值。以该方式，信噪比图可以提供施加在传感器阵列上的距离和压力的更完整的映射。然后，该图可以用于确定讨论的个体移动的方向和程度作为与ECG电压一起的独立量。

现在转到图4，与来自那些传感器列的输出信噪比的曲线图相比较，示出了到竖直列的ECG传感器的一系列输入。具体地，示出了在与传感器阵列的左（L）、中（C）和右（R）列接触时处于不同位置的讨论的个体402a、402b和402c的俯视图。在讨论的个体的相应位置的下面示出了每列404a、404b和404c的信噪比输出的曲线图。如图所示，当讨论的个体在正常位置402a时，在传感器的所有列上的信噪比是稳定的404a、404b和404c。当讨论的个体将位置移位到右边并且在阵列402b的右侧列上增加压力时，信噪比增加402c。同时，随着压力减小404a，信噪比在左侧减小。相反地，当讨论的个体移位到阵列的左侧并且在那里402c增加压力时，在传感器的左侧列上的信噪比增加404a。随着压力减小404c，信噪比在传感器的右侧列上减小。应该理解：类似的信噪比图案可以利用讨论的个体的其他类型的移动来实现，诸如向前弯曲以增加阵列的底部行上的压力以及向后倾斜以增加阵列的顶部行上的压力。

现在转到图5，示出了与讨论的个体的位置相比较的一系列的信噪比图500。利用反映在阵列的右侧上的较高信噪比的图案示出表示移位到右边的个体504a的距离和压力的信噪比图502a。相反地，利用反映在阵列的左侧上的较高信噪比的图案示出表示移位到左边的个体504c的距离和压力的信噪比图502c。在讨论的个体位于正常位置504b的情况下，信噪比图502b示出了跨阵列中心的宽信噪比。在这些实施例中，可以将ECG信噪比的距离和压力图用于测量个体的移动、姿势、呼吸模式和脉搏率。可以通过测量在ECG传感器的信号的“R峰”和血压（BP）波之间的延迟来确定讨论的亲密视觉（intimate visual）的脉搏率。

现在转到图6，示出了对应于讨论的个体的不同认知状态的ECG传感器信噪比的曲线图600。这些曲线图602a、602b和602c示出了在一分钟的时段上的信噪比输出。第一曲线图602a示出了具有重复的不规则图案的高幅度。这反映了讨论的个体的摆动并且是疲劳、困倦或压力的症状之一。如果这被检测到，则可以发送警报以警告个体。第二曲线图602b示出了低幅度不规则图案，其对于在低活动期间的小规模的身体移动是典型的。该图案指示没有疲劳并且没有警报应被发送。第三曲线图602c示出了缓慢的、高幅度漂移，其反映了在更多要求的活动期间的大规模的故意的身体移动。该图案也指示没有疲劳并且没有警报应被发送。这些示例展示了多连续地监视在一段时间上的信噪比的距离和压力图可以确定讨论的个体的认知状态。

现在转到图7，示出了使用来自ECG阵列的信噪比来确定个体的认知状态的方法的流程图700。首先，与讨论的个体接触地放置ECG阵列702。在阵列中的ECG传感器被用于测量ECG电压并且生成每个单独传感器的信噪比706。信噪比共同用于建立距离和压力信号图708。分析信号图以确定主体的认知状态710。只要主体与传感器阵列接触，分析就继续712。在各种实施例中，该方法可以被用于监视航空器机组人员、交通工具驾驶员、工厂操作员或需要讨论的个体的警惕的任何工作的认知状态。

本领域技术人员将理解结合本文中公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。在功能和/或逻辑块部件（或模块）以及各种处理步骤方面在上文描述了实施例和实现中的一些。然而，应当理解：可以通过被配置为执行指定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件来实现此类块部件（或模块）。为清楚地说明硬件和软件的该可交换性，已经在其功能性方面在上文一般地描述了各种说明性部件、块、模块、电路和步骤。将此类功能实现为硬件还是软件取决于施加于整个系统的特定的应用和设计约束。技术人员可以针对每个特定的应用以不同的方式实现所描述的功能性，但是此类实现决策不应被解释为引起从本发明的范围的背离。例如，系统或部件的实施例可以采用例如是存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表或诸如此类的各种集成电路部件，其可以在一个或多个微处理器或其他控制设备的控制下执行各种功能。此外，本领域中的技术人员将理解，本文中描述的实施例仅是示例性的实现。

可以利用通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其他可编程逻辑设备、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或被设计为执行本文中所描述的功能的其任何组合实现或执行结合本文中公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块和电路。通用处理器可以是微处理器，但是在替代方案中，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器、多个微处理器、与DSP核相结合的一个或多个微处理器或任何其他的此类配置的组合。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接体现在硬件中、由处理器执行的软件模块中或两者的组合中。软件模块可以驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动硬盘、CD-ROM或在本领域中已知的任何其他形式的存储介质中。将示例性存储介质耦合到处理器，使得处理器可以从存储介质读取信息并且可以向存储介质写入信息。在替代方案中，存储介质可以集成到处理器。处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。在替代方案中，处理器和存储介质可以作为分立的部件驻留在用户终端中。

在本文中，诸如第一和第二等以及诸如此类的关系术语可以仅用于将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开来，而不一定要求或暗示此类实体或动作之间的任何实际的此类关系或顺序。除非由权利要求语言明确地限定，否则诸如“第一”、“第二”、“第三”等之类的数字序数仅表示多个中的不同的单个并且不暗示任何顺序或序列。除非由权利要求的语言对其明确地限定，否则在权利要求的任何权利要求中的文本序列不意味着必须根据这样的序列以时间或逻辑的顺序执行处理步骤。在不脱离本发明的范围的情况下，处理骤可以以任何顺序互换，只要这种互换不与权利要求语言相矛盾并且不是逻辑上无意义的。

此外，取决于上下文，在描述不同元素之间的关系时使用的诸如“连接”或“耦合到”之类的词并非暗示在这些元素之间必须做出直接物理连接。例如，两个元素可以通过一个或多个附加的元素物理地、电地、在逻辑上或以任何其他方式连接到彼此。

虽然在本发明的前述具体实施方式中已经呈现了至少一个示例性实施例，但是应当理解存在巨大数量的变型。还应当理解：一个或多个示例性实施例仅是示例，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反，前述的具体实施方式将向本领域中的技术人员提供用于实现本发明的示例性实施例的方便的路线图。将理解：在不脱离如所附权利要求书中阐述的本发明的范围的情况下，可以在示例性实施例中描述的元素的功能和布置中做出各种改变。

Claims (10)

1.一种用于测量个体的认知状态的方法，包括：

与个体接触地放置心电图（ECG）传感器的阵列；

针对每个ECG传感器连续地测量信噪比；

计算对应于每个相应的ECG传感器的信噪比的每个ECG传感器与个体之间的距离和压力；

基于ECG传感器的组合信噪比生成图形的距离和压力图；并且

连续地分析距离和压力图以确定个体的认知状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其中ECG传感器的阵列包括传感器的矩形形状的网格图案。

3.根据权利要求1所述的方法，其中关于每个ECG传感器的计算的距离和压力对应于个体的移动。

4.根据权利要求1所述的方法，其中关于每个ECG传感器的计算的距离和压力对应于个体的姿势。

5.根据权利要求1所述的方法，其中关于每个ECG传感器的计算的距离和压力对应于个体的呼吸方式。

6.根据权利要求1所述的方法，其中关于每个ECG传感器的计算的距离和压力对应于个体的脉搏率。

7.根据权利要求10所述的方法，其中脉搏到达和渡越时间通过根据ECG信号的血压（BP）波和R峰之间的延迟确定。

8.根据权利要求1所述的方法，其中基于ECG传感器的信噪比的组合幅度生成距离和压力图。

9.根据权利要求1所述的方法，其中基于ECG传感器的信噪比的组合的周期性和混沌描述符来生成距离和压力图。

10.根据权利要求1所述的方法，其中基于ECG传感器的信噪比的组合的起始的速度和下降生成距离和压力图。