CN110248591A - 用于感测对象的生理信息的传感器设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于获得对象的生理信息的传感器设备和方法。所述传感器设备包括PPG传感器(20)、运动传感器(30)和用于获得所述对象的生理信息的设备(10)。所述设备包括：处理单元(13)，其用于通过以下操作来生成携带生理信息的输出信号：(i)在载波信号的所述第一集合的载波信号上或在与载波信号的所述第一集合正交的第二载波信号上调制所述运动参考信号以获得调制的信号，并且将所述调制的信号与所述调制的PPG信号进行组合以获得所述输出信号，或者(ii)解调所述调制的PPG信号，使用所述运动参考信号对解调的PPG信号执行伪影减少以获得伪影减少的PPG信号，并且在载波信号的所述第一集合上调制所述伪影减少的PPG信号以获得所述输出信号。

Description

用于感测对象的生理信息的传感器设备和方法
技术领域
本发明涉及用于布置在对象的身体部位处的传感器设备和用于感测对象的生理信息的方法。
背景技术
光体积描记(PPG)信号极易受到运动的影响，这阻碍了在例如日常生活(ADL)、心肺运动试验(CPX)或心肺复苏(CPR)的活动中对PPG信号的使用。在ADL中，例如研究PPG以检测癫痫患者的脉搏率变化，因为这能够指示癫痫发作。对运动的敏感性妨碍了搏动间(搏动间隔，IBI)分析以获得例如脉搏率变化(PRV)。运动还能够影响氧饱和度(SpO2)测量，例如会在CPX期间引起假阳性去饱和。在CPR期间，因胸部按压引起的运动伪影会使对信号中的自发脉冲的检测变得复杂。ADL、CPX和CPR中的运动伪影的一个共同方面是它们都具有准周期性质。对于运动监测，通常通过算法滤波和拒绝信号中的整个时间跨度来避免运动伪影，这会导致在临床环境中不可接受的响应延迟和不准确性。
在这些情况下，使用运动参考信号的伪影减少算法能够改善PPG信号质量及其适用性。能够例如使用加速度计和/或陀螺仪和/或气压传感器和/或激光多普勒测量部件来获得运动参考信号。经由伪影参考，能够估计运动伪影，然后从测得的PPG信号中减去运动伪影以获得伪影减少的PPG信号，该伪影减少的PPG信号可以通过其他(现有的)算法得到进一步分析。
US 2016/0206247 A1公开了用于提供对生理数据的增强测量和校正的系统、方法、装置和软件。在第一示例中，生理测量系统被配置为：获得针对患者测得的光体积描记图(PPG)，并且获得与测得的PPG同时测得的针对患者的参考信号，该参考信号至少包括与患者的运动相关的噪声分量。生理测量系统还被配置为：至少使用具有参考信号的自适应滤波器从测得的PPG中确定经滤波的PPG以减少测得的PPG的噪声分量，通过从经滤波的PPG频谱减去参考信号的噪声分量的至少部分来确定最终的PPG，并且基于最终的PPG来识别患者的一个或多个生理度量。
US 5692505公开了一种用于处理脉搏血氧计接收到的信号的包括自适应噪声消除的电路。
发明内容
本发明的目的是提供用于布置在对象的身体部位处以用于感测对象的生理信息的传感器设备并且提供对应的方法，该方法使得能够在不改变传感器连接器的情况下将运动参考测量结合在传感器设备中，以例如用于将传感器设备与患者监测器或脉搏血氧计前端进行耦合。
在本发明的第一方面中，提供了一种用于布置在对象的身体部位处以用于感测所述对象的生理信息的传感器设备，所述传感器设备包括：
-PPG传感器，其用于提供在一个或多个载波信号的第一集合上调制的光体积描记PPG信号，
-运动传感器，其用于提供表示布置有所述传感器设备的所述身体部位的运动的运动参考信号，以及
-用于获得所述对象的生理信息的设备，所述设备包括：
-PPG信号输入部，其用于获得所述PPG信号，
-运动信号输入部，其用于获得所述运动参考信号，以及
-处理单元，其用于通过以下操作来生成携带生理信息的输出信号：
(i)在载波信号的所述第一集合的载波信号上或在与载波信号的所述第一集合正交的第二载波信号上调制所述运动参考信号以获得调制的信号，并且将所述调制的信号与所述调制的PPG信号进行组合以获得所述输出信号，或者
(ii)解调所述调制的PPG信号，使用所述运动参考信号对解调的PPG信号执行伪影减少以获得伪影减少的PPG信号，并且在载波信号的所述第一集合上调制所述伪影减少的PPG信号以获得所述输出信号。
在本发明的另外的方面中，提供了一种对应的方法。
在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应当理解，所要求保护的方法具有与所要求保护的传感器设备相似和/或相同的优选实施例，特别是具有与如从属权利要求中所限定的和本文所公开的传感器设备相似和/或相同的优选实施例。
本发明基于这样的想法：具有在PPG测量的位点处的运动测量部件，即，具有被集成在传感器设备中的运动测量部件(在本文中也被称为“探头”)，例如，PPG探头。该运动测量部件用于估计运动频率并随后估计PPG信号中的运动伪影。然后，移除估计的运动伪影能够恢复伪影减少的PPG信号，能够进一步分析伪影减少的PPG信号以确定例如PR、IBI和SpO2。备选地，伪影参考能够允许识别PPG信号频谱中的运动相关频率分量并将这些分量与心脏相关频率分量区分开。在又一方法中，运动信号能够用于识别PPG信号中被运动破坏且不应被分析的节段。
因此，根据本发明的一个方面，提出了一种具有集成运动伪影处理部件的传感器设备(例如，PPG/SpO2探头)，使得该传感器设备与安装基础的插座(例如，患者监测器的脉搏血氧计插座)保持引脚兼容和软件兼容。这允许开发例如用于CPR期间的脉搏检测的专用PPG探头，并且提供了改进大多数脉搏血氧计供应商的现有插座的可能性。这也意味着所提出的传感器设备以某种方式得到识别，这是因为例如患者监测器中的电子器件上的软件是相同的，但是必须改变所采集数据的呈现方式。对传感器设备的识别可以手动完成或者自动完成。
在传感器设备中，集成了加速度计、陀螺仪、气压传感器、激光多普勒测量部件或其他类型的运动测量部件。相关的信号处理能够被集成在传感器设备本身中，或者能够被单独提供在例如用于处理的专用设备中，在计算机或处理器中，或在患者监测器中。信号处理包括各种相关选项，一种选项包括将运动测量结果调制到调制的PPG输出信号上，以便能够进一步分析该调制的PPG输出信号，另一种选项包括：使用运动测量结果作为伪影参考来应用信号处理以减少PPG信号中的运动伪影，并且在输出部处提供调制的伪影减少的PPG信号，该调制的伪影减少的PPG信号可以得到进一步处理(这种选项模拟了来自无源、未校正的传感器的信号)。
因此，本发明克服了若干缺点。在许多情况下，具有运动参考信号能够有利于从PPG信号中移除运动伪影，从而增强这些信号的适用性和解读性。运动参考信号不能被轻易添加到脉搏血氧计/PPG系统的安装基础中。通过将运动参考集成在探头中而使得探头连接器与现有的插座保持引脚兼容，能够使运动参考信号可用于安装基础。为了使用探头中的特征，在一些实施例中可以做出软件解决方案/更新方案。可以使备选实施例完全是形状配合功能兼容的，使得脉搏血氧计单元不需要软件改变。这样就可以将该设备作为安装了第三方脉搏血氧计的升级产品来出售。另外，运动参考信号恰好是在PPG/SpO2测量的位点处获得的。将运动测量部件集成在探头中可以防止增加(临床)工作流程的复杂性，因为这不需要添加额外的传感器。
应当注意，在本申请的上下文中，“通信”应当被理解为包括直接对测得的运动信号的传输以及在调制之后对测得的运动信号的传输。
有各种选项来实施处理以获得输出信号。第一选项可以使用编码通道或第二载波，这些选项在它们不改变PPG信号星座的意义上具有相似性。因此，这些第一选项包括将运动信息添加到现有的调制的PPG信号。第二选项用运动信号替换PPG信号或者清洁PPG信号并再次调制经清洁的信号，这些选项确实改变了PPG信号星座。因此，这些第二选项包括通过改变信号星座(即，替换PPG信号，解调和清洁和调制PPG信号)将运动信息结合到调制的PPG信号的星座中。
根据一个特定实施例，所述处理单元被配置为：在可获得的编码通道上或在与载波信号的所述第一集合正交的第二载波信号上调制所述运动参考信号，并且将所调制的运动参考信号与所述调制的PPG信号进行组合以获得所述输出信号。
根据另一特定实施例，所述处理单元被配置为通过以下操作来用在对应于所述被替换的PPG信号的所述第一载波信号上调制的运动参考信号来替换所述调制的PPG信号中的一个：不使用所述第一载波信号来调制PPG信号并将所述调制的运动参考信号添加到剩余的调制的PPG信号以获得所述输出信号，或者通过移除所述调制的PPG信号并用所述调制的运动参考信号来替换所述调制的PPG信号以获得所述输出信号。
根据优选实施例，所述运动信号输入部被配置为获得针对不同方向的多个运动参考信号，并且所述处理单元被配置为将所述多个运动参考信号调制并结合到所述调制的PPG信号中。运动参考信号可以例如包括用于空间中的三个正交方向的三个加速度计信号。使用多个运动参考信号通常会提高伪影减少的准确性。
在另一实施例中，所述处理单元被配置为将所述多个运动参考信号合并到单个一维运动参考信号中，并且被配置为调制所述单个一维运动参考信号并将所调制的单个一维运动参考信号结合到所述调制的PPG信号中。以这种方式，能够容易地发送多个运动参考信号。合并多个运动参考信号可以涉及添加个体运动信号的瞬时功率或者传送多个运动参考信号的轴的范数。
在另一实施例中，所述运动参考信号可以经由现有的编码通道被提供给监测器，所述现有的编码通道用于识别连接的传感器的类型和/或确定用于确定SpO2的校准曲线。能够通过该编码通道直接发送运动信号，或者能够通过该编码通道发送运动通道的调制版本。在后一种情况下，通道仍然能够用于编码所使用的传感器和/或所需的校准曲线。
所述PPG信号输入部可以被配置为从传感器设备获得PPG信号，所述传感器设备包括：一个或多个光发射器，其用于将光发射到所述对象的组织上；以及光检测器，其用于检测透射通过所述组织的光和/或从所述组织反射的光以提供所述PPG信号，其中，所述处理单元被配置为：控制所述光发射器以发射在载波信号的所述第一集合上调制的调制光或者将所检测的光与载波信号的所述第一集合进行解调。光发射器可以例如包括分别用于发射红外光和红光的两个LED，并且光检测器可以是感测透射光或反射光的对应的光电二极管。
所述处理单元被配置为：从所述PPG信号中确定载波信号的所述第一集合，并且将所述第二载波信号调整为与载波信号的所述第一集合正交或者从载波信号的所述第一集合中识别以下载波信号：所述载波信号的对应的PPG信号可以用运动参考信号来替换。这为发送运动参考信号提供了另一种有用的选项。对载波信号的识别能够涉及锁定到调制频率以及调节到两个调制的PPG信号中的一个的调制相位。
在另一实施例中，所述处理单元被配置为：通过使用利用所述运动参考信号的相关性消除来对所述解调的PPG信号执行伪影减少，以获得伪影减少的PPG信号。因此，可以通过以下操作来执行相关性消除：构建正交运动参考信号，使用正交谐波模型中的正交运动参考信号的相位并结合用于激活对运动伪影的估计和从PPG信号中减去运动伪影估计结果的选通函数。这表示一种能够实际使用且提供合理结果的实施方式。
所述处理单元还可以被配置为使用具有锁频环FFL的二阶广义积分器来跟踪运动参考信号中的运动频率，其中，对二阶广义积分器和锁频环的调整速度由积分器时间常数和FFL增益来确定。因此，所述处理单元被配置为使用固定的积分器时间常数和固定的FFL增益或者使用自适应积分器时间常数和自适应FFL增益，其中，自适应积分器时间常数和自适应FFL增益分别随时间增加和减少。这表示另一种能够实际使用且提供合理结果的实施方式。
所提出的用于布置在对象的身体部位处以用于感测对象的生理信息的传感器设备通常包括PPG传感器、运动传感器以及如本文所公开的用于基于调制的PPG信号和运动参考信号来获得对象的生理信息的设备。
所述传感器设备还可以包括壳体，所述PPG传感器、所述运动传感器和所述设备被布置在所述壳体中。因此，传感器设备可以具有常规的脉搏血氧计的形式，例如具有手指夹的形式。
所述传感器设备还可以包括：一个或多个保持部件，其用于将所述传感器设备布置在所述对象的身体处。这种保持部件可以包括夹子、胶带、皮带、腕带等。
在一个实施例中，所述PPG传感器包括：一个或多个光发射器，其用于将光发射到所述对象的组织上；以及光检测器，其用于检测透射通过所述组织的光和/或从所述组织反射的光以提供所述PPG信号。另外，所述运动传感器可以包括加速度计和/或陀螺仪和/或气压传感器和/或激光多普勒测量部件。
附图说明
参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将是明显的并且得到阐明。在以下附图中：
图1示出了根据本发明的传感器设备的总体布局的示意图，
图2示出了根据本发明的设备的总体布局的示意图，
图3示出了根据本发明的传感器设备的第一实施例的示意图，
图4示出了传感器设备的第二实施例的示意图，
图5示出了根据本发明的传感器设备的第三实施例的示意图，
图6示出了根据本发明的传感器设备的第四实施例的示意图，
图7示出了基于相关性消除的运动伪影减少方案的示例性电路图，
图8示出了二阶广义积分器的示例性电路图，
图9示出了运动伪影减少方案的示例性电路图中的各种信号的曲线图，
图10示出了图示运动伪影减少方案的有效性的谱图，
图11示出了根据本发明的传感器设备的示例性实施方式的示意图，并且
图12示出了传感器设备的第五实施例的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于布置在对象的身体部位处以用于感测对象的生理信息的传感器设备1(也被称为探头)的总体布局的示意图。传感器设备1包括用于提供在载波信号的第一集合上调制的PPG信号100的PPG传感器20。在实施例中，PPG传感器20可以包括用于执行PPG测量的光学器件，例如，针对一个或多个波长的一个或多个LED 21(如图3所示)以及对一个或多个波长范围敏感的一个或多个光电二极管22(如图3所示)。
传感器设备1还包括用于提供表示布置有传感器的身体部位的运动的运动参考信号101的运动传感器30。在实施例中，运动传感器可以包括用于采集运动参考测量结果的三轴加速度计和/或陀螺仪和/或气压传感器和/或激光多普勒测量部件。
此外，传感器设备1包括用于基于调制的PPG信号和运动参考信号来获得对象的生理信息的设备10。在实施例中，设备10可以包括用于将测得的PPG信号100和运动参考信号101合并成单个输出信号102的硬件和/或软件，使得探头与光体积描记器或脉搏血氧计的安装基础中的现有的PPG/SpO2插座是引脚兼容的。
图2示出了根据本发明的用于获得对象的生理信息的设备10的总体布局的示意图。设备10通常包括用于获得在一个或多个载波信号的第一集合上调制的PPG信号100的PPG信号输入部11。所述PPG信号100是由被布置在对象的身体部位处的传感器设备1(例如，被布置在患者的手指处的SpO2探头)来提供的。PPG信号输入部11可以是例如与传感器设备1的PPG传感器20的对应的信号输出耦合的信号接口，或者可以是计算机的数据接口。
设备10还包括用于获得运动参考信号101的运动信号输入部12。所述运动参考信号101是由传感器设备来提供的，并且表示布置有传感器设备的身体部位的运动。运动信号输入部12可以是例如与传感器设备1的运动传感器30的对应的运动信号输出耦合的运动信号接口，或者可以是计算机的数据接口。
设备10还包括用于生成输出信号102的处理单元13，输出信号102携带来自调制的PPG信号100和运动参考信号101的生理信息。处理单元13可以例如是是处理器或计算机。根据本发明提供的处理单元13具有各种配置，下面将对这些配置进行详细说明。
设备10可以被配置为专用设备，或者可以被集成到传感器设备1或传感器设备1耦合到的另一设备(例如，患者监测器)中，或者可以被实施在运行在现有设备(例如，医院PC)的计算机或处理器上的软件中。对设备10的输出信号102的进一步评价(例如，对生命体征的计算或提取)通常被包括在专用设备(例如，计算机或患者监测器或脉搏血氧计前端)中。在实施例中，评价也被包括在设备10中。
能够在设备10中以不同方式使用(一个或多个)运动参考信号101。在第一选项中，能够例如通过以不同于PPG信号及其谐波的调制频率的频率调制载波上的(一个或多个)运动参考信号来将(一个或多个)运动参考信号与(一个或多个)调制的PPG信号混合。在第二选项中，能够解调测得的PPG信号，然后使用运动参考信号例如经由相关性消除来执行伪影减少，然后再次将初始调制方案应用于伪影减少的PPG信号。第一选项在计算量方面是优选的，但是需要改变接收单元的前端和/或算法。第二选择能够用于使得PPG/SpO2探头与现有的PPG/SpO2前端兼容，这种选择仅期望来自无源探头的PPG信号。
能够通过现有的连接(通过从到LED的连接汲取能量或者通过在适用时使用未使用的线缆)或(某些供应商在其插座中限定的)现有的DC线来向探头中的额外的硬件供电。备选地，能够由电池向探头中的额外的硬件供电。
图3示出了根据本发明的传感器设备2的第一实施例的示意图。传感器设备2包括通过作为运动传感器30的三轴加速度计实现的集成运动测量部件。三个(通常是多个)运动参考信号101由调制器14进行调制并且由加法单元15(以与发射器驱动信号103(在该实施例中为光发射器21的LED驱动信号)的调制频率不同的频率)添加到传感器设备的输出信号102上，调制器14和加法单元15均为设备10的处理单元13的部分或实施方式。以这种方式，具有集成运动测量部件的传感器设备2与现有的脉搏血氧计插座是引脚兼容的。如果它们符合接收侧的硬件的要求，则也可以使用其他调制方案。
备选地，如果传感器设备仅用于脉搏检测，而不用于SpO2测量，则仅需要一个发射器信号(光信号)以例如用于发射红光或红外光。在这种情况下，从加速度计30导出的一维(1D)运动测量结果可以替换调制方案中的PPG信号100中的一个。然后，已经处理的1D运动信号101能够被传送为例如“红光PPG信号”。连接的设备(例如，患者监测器)能够例如经由“编码电阻”来自动识别经修改的传感器设备，并且优选包括在经修改的软件中的用于运动补偿和/或识别的算法。
图4示出了传感器设备3的第二实施例的示意图。在该实施例中，对发射器驱动信号(例如，LED馈电电流)103而不是输出信号102进行调制。由于探头/组织组合是用于与本申请相关的所有事项的线性系统，因此能够在(一个或多个)光发射器21的供应侧而不是在输出侧等效地执行输出的调制。这在额外的硬件的电源来自这些信号线的情况下尤其有益。能够执行该任务的动态加载和可控电源设计在本领域中通常是已知的并且能够使用。
在该实施例中，发射器驱动信号的调制方案在传感器设备3中是已知的，并且运动参考信号101的调制方案已经被设计为与光发射器调制方案是兼容的。在一些实施例中，尽管知道调制方案，传感器设备3仍然可以包含硬件和/或软件以根据需要来测量调制频率和调制相位以适当地调制运动参考信号。
在耦合的设备(例如，脉搏血氧计前端)中，运动参考信号从输出信号102被解调到基带并且用于检测、移除或以其他方式处理PPG信号中的运动伪影。这可能需要修改前端接收算法。
图5示出了根据本发明的传感器设备4的第三实施例的示意图。传感器设备4包括通过三轴加速度计30实现的集成运动测量部件。以与发射器驱动信号103的调制频率不同的频率将三个运动参考信号101自适应地调制到输出信号102上。以这种方式，传感器设备4与现有的脉搏血氧计插座是引脚兼容的。
在该实施例中，发射器驱动信号103的调制方案在传感器设备4中不是先验已知的。在频谱分析器16中分析光电二极管信号频谱(即，PPG信号100的频谱)以确定发射器调制频率并且选择可用于调制运动参考信号101的另一频率。
在耦合的设备(例如，脉搏血氧计前端)中，运动参考信号被解调到基带并且用于检测、移除或以其他方式处理PPG信号中的运动伪影。该实施例也可能需要修改前端接收算法。
图6示出了根据本发明的传感器设备5的第四实施例的示意图。传感器设备5包括集成运动伪影减少部件。三轴加速度计30用于测量运动。运动伪影参考单元17从运动参考信号101中导出一个或多个伪影参考信号104。解调器18解调测得的PPG信号100，然后运动伪影减少单元19使用(一个或多个)构建的运动参考信号104例如经由相关性消除来减少运动伪影。然后，调制器14再次调制伪影减少的PPG信号105以提供与现有的脉搏血氧计插座、技术和软件兼容的输出信号102。
图12示出了传感器设备7的第五实施例的示意图。传感器设备7包括集成运动测量部件。三轴加速度计30用于测量运动。对个体运动信号101进行调制并且将调制的信号作为输出信号102通过编码通道发送到脉搏血氧计前端，该编码通道通常在脉搏血氧计传感器中是可用的。这些编码通道通常用于识别连接的传感器和/或确定用于测量SpO2的校准曲线。编码能够经由电阻值来进行。能够通过该电阻向脉搏血氧计前端发送调制的运动信号。以这种方式，传感器设备7与现有的脉搏血氧计插座是引脚兼容的。连接的设备(例如，患者监测器)能够例如经由“编码电阻”来自动识别修改的传感器设备，并且优选包括具有用于解调运动参考信号的算法和用于使用运动参考信号进行运动补偿和/或识别的算法的修改的软件。备选地，传感器设备7可以首先将多个运动参考信号101合并到单个运动参考信号中，该单个运动参考信号能够经由编码通道被发送到脉搏血氧计前端。
图7示出了基于相关性消除的运动伪影减少单元19的示例性电路图。单元19包括多个阶段。在第一阶段191中，单元19采用运动参考信号mref[n]，其中，它跟踪运动频率wFLL[n]。可以使用具有锁频环(FLL)的二阶广义积分器(SOGI)来执行对运动的跟踪，该SOGI的示例性实施例在图8中示出。SOGI和FLL的调整速度分别由SOGI时间常数τSOGI和FLL增益Γ来决定。运动参考信号mref[n]能够根据(三轴)加速度计和/或陀螺仪和/或气压传感器和/或激光多普勒测量部件来导出。
在第二阶段192中，单元19使用运动频率wFLL[n]来构建多个正交运动参考信号。运动频率wFLL[n]用于构建正交分量的相位：
其中，“mod”是模运算，并且其中，φk[n]被初始化为0。
在第三阶段193中，这些相位用于正交谐波模型以通过其估计结果maest[n]来描述运动伪影：
其中，G[n]是用于打开和关闭伪影估计的选通函数，并且系数ak[n]和bk[n]是经由最小均方(LMS)算法来估计的。
选通函数评估是否能够应用伪影减少，例如通过评估运动频率wFLL[n]的稳定性来评估是否能够应用伪影减少。如果对运动频率的跟踪足够稳定，则G[n]等于1。如果对运动频率的跟踪不稳定，则G[n]等于0。运动频率的稳定性能够经由下式来评估：
G[n]＝Hg(z)Gh[n]
其中，采样频率为fs[Hz]并且τG＝0.2s。滤波器HG(z)用于跟踪wFLL[n]的绝对差值的包络并且用于平滑滞后检测Gh[n]，其中，Gh[n]被初始化为0。
在第四阶段194中，从测得的PPG信号中减去运动伪影估计结果以移除运动伪影并且获得伪影减少的PPG信号ppgar[n]。
如图9和图10所图示的，本发明能够有效地移除周期性运动伪影。图9示出了运动伪影减少方案的示例性电路图中的各种信号的曲线图。图10示出了图示运动伪影减少方案的效果的谱图。
图9示出了当对象在跑步机上行走时测量的带通滤波的红外前额PPG信号200。运动伪影导致PPG信号的周期性变化，其中，运动伪影的破坏性干扰导致信号衰弱。伪影估计结果maest[n]201是通过使用针对mref[n]的已经在前额上测得的加速度测量信号来导出的。从测得的PPG信号中减去maest[n]得到伪影减少的PPG信号202。伪影减少的信号的幅度是稳定的。
图10示出了图示由在图7中示出的运动伪影减少单元19中使用的算法移除伪影的有效性的谱图。该谱图包含在图9中示出的PPG信号200的片段。图10示出了测得的PPG信号200的谱图300，其中，在与步进速率相关的频率处的脉搏速率和行走引起的频率分量是可见的。运动伪影估计结果201的谱图301包含这些行走引起的频率分量。在伪影减少信号202中已经移除了行走引起的频率分量，如在伪影减少的信号202的谱图302中能够看到的。
在传感器设备的又一实施例中，例如，特别是对于其中因胸部按压引起周期性运动伪影的CPR应用，能够调整在如图7所示的运动伪影减少单元19的实施例中使用的伪影减少算法以改善性能。不是使用针对SOGI时间常数τSOGI和FLL增益Γ的固定值，而是能够使得参数能够自适应。最初，当系统不知道按压速率时，参数τSOGI能够具有较小的值并且Γ能够具有较大的值以加速对按压速率的学习。一旦算法如相对恒定的wFLL[n]所指示的那样进行收敛，参数τSOGI的值就能够增加，而Γ的值就能够减小，以使滤波器更窄且改善性能。
图11示出了根据本发明的传感器设备6的示例性实施方式的示意图。在该实施方式中，传感器设备6被配置为具有壳体60的腕戴式设备，PPG传感器20、运动传感器30和设备10被布置在壳体60中。传感器设备6还包括用于将传感器设备6布置在对象的身体400(在这种情况下为患者的手臂)处的一个或多个保持部件61(在这种情况下为腕带)。当然，传感器设备能够以不同的方式来实施，例如被实施为手指夹、耳夹、可穿戴设备等。
本发明适用于现有的光体积描记器和脉搏血氧计，因为本发明的性质确保了与现有的PPG/SpO2插座的引脚兼容性。本发明能够例如在CPR(例如，飞利浦的HeartStart MRx和后继设备)、CPX、运动和动态监测(例如，飞利浦的IntelliVue MX40和后继设备)的背景下改善PPG信号的适用性。本发明还能够应用于不同制造商的脉搏血氧计，从而为安装基础提供升级选项。
虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示例性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。虽然某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
计算机程序可以被存储/被分布在合适的介质上，例如，与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如，经由互联网或其他有线或无线的电信系统分布。
权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (14)

1.一种用于布置在对象的身体部位处以用于感测所述对象的生理信息的传感器设备，所述传感器设备包括：
-PPG传感器(20)，其用于提供在一个或多个载波信号的第一集合上调制的光体积描记PPG信号，
-运动传感器(30)，其用于提供表示布置有所述传感器设备的所述身体部位的运动的运动参考信号，以及
-用于获得所述对象的生理信息的设备(10)，所述设备包括：
-PPG信号输入部(11)，其用于获得所述PPG信号，
-运动信号输入部(12)，其用于获得所述运动参考信号，以及
-处理单元(13)，其用于通过以下操作来生成携带生理信息的输出信号：
(i)在载波信号的所述第一集合的载波信号上或在与载波信号的所述第一集合正交的第二载波信号上调制所述运动参考信号以获得调制的信号，并且将所述调制的信号与所述调制的PPG信号进行组合以获得所述输出信号，或者
(ii)解调所述调制的PPG信号，使用所述运动参考信号对解调的PPG信号执行伪影减少以获得伪影减少的PPG信号，并且在载波信号的所述第一集合上调制所述伪影减少的PPG信号以获得所述输出信号。
2.根据权利要求1所述的传感器设备，
其中，所述处理单元(13)被配置为：在与载波信号的所述第一集合正交的第二载波信号上调制所述运动参考信号，并且将所调制的运动参考信号与所述调制的PPG信号进行组合以获得所述输出信号。
3.根据权利要求1所述的传感器设备，
其中，所述处理单元(13)被配置为通过以下操作来用在对应于被替换的PPG信号的所述第一载波信号上调制的运动参考信号来替换所述调制的PPG信号中的一个：不使用所述第一载波信号来调制PPG信号并将所述调制的运动参考信号添加到剩余的调制的PPG信号以获得所述输出信号。
4.根据权利要求1所述的传感器设备，
其中，所述处理单元(13)被配置为通过以下操作来用在对应于所述被替换的PPG信号的所述第一载波信号上调制的运动参考信号来替换所述调制的PPG信号中的一个：移除所述调制的PPG信号并用所述调制的运动参考信号来替换所述调制的PPG信号以获得所述输出信号。
5.根据权利要求1所述的传感器设备，
其中，所述运动信号输入部(12)被配置为获得针对不同方向的多个运动参考信号，并且所述处理单元(13)被配置为将所述多个运动参考信号调制并结合到所述调制的PPG信号中。
6.根据权利要求5所述的传感器设备，
其中，所述处理单元(13)被配置为：将所述多个运动参考信号合并到单个一维运动参考信号中，并且调制所述单个一维运动参考信号并将所调制的单个一维运动参考信号结合到所述调制的PPG信号中。
7.根据权利要求1所述的传感器设备，
其中，所述PPG信号输入部(11)被配置为：从传感器设备获得PPG信号，所述传感器设备包括用于将光发射到所述对象的组织上的一个或多个光发射器(21)以及用于检测透射通过所述组织的光和/或从所述组织反射的光以提供所述PPG信号的光检测器(22)，
其中，所述处理单元(13)配置为：控制所述光发射器以发射在载波信号的所述第一集合上调制的调制光或者将所检测的光与载波信号的所述第一集合进行解调。
8.根据权利要求1所述的传感器设备，
其中，所述处理单元(13)被配置为：从所述PPG信号中确定载波信号的所述第一集合，并且将所述第二载波信号调整为与载波信号的所述第一集合正交或者从载波信号的所述第一集合中识别以下载波信号：所述载波信号的对应的PPG信号可以用运动参考信号来替换。
9.根据权利要求1所述的传感器设备，
其中，所述处理单元(13)被配置为：通过使用利用所述运动参考信号的相关性消除来对所述解调的PPG信号执行伪影减少，以获得伪影减少的PPG信号。
10.根据权利要求1所述的传感器设备，
还包括：壳体(60)，所述PPG传感器、所述运动传感器和所述设备被布置在所述壳体中。
11.根据权利要求1所述的传感器设备，
还包括：一个或多个保持部件(61)，其用于将所述传感器设备布置在所述对象的身体处。
12.根据权利要求1所述的传感器设备，
其中，所述PPG传感器包括：一个或多个光发射器(21)，其用于将光发射到所述对象的组织上；以及光检测器(22)，其用于检测透射通过所述组织的光和/或从所述组织反射的光以提供所述PPG信号。
13.根据权利要求1所述的传感器设备，
其中，所述运动传感器(20)包括加速度计和/或陀螺仪和/或气压传感器和/或激光多普勒测量部件。
14.一种用于通过被布置在对象的身体部位处的传感器设备来感测所述对象的生理信息的方法，所述方法包括：
-由所述传感器设备感测在一个或多个载波信号的第一集合上调制的光体积描记PPG信号，
-由所述传感器设备感测运动参考信号，所述运动参考信号表示布置有所述传感器设备的所述身体部位的运动，并且
-通过以下操作来生成携带生理信息的输出信号：
(i)在载波信号的所述第一集合的载波信号上或在与载波信号的所述第一集合正交的第二载波信号上调制所述运动参考信号以获得调制的信号，并且将所述调制的信号与所述调制的PPG信号进行组合以获得所述输出信号，或者
(ii)解调所述调制的PPG信号，使用所述运动参考信号对解调的PPG信号执行伪影减少以获得伪影减少的PPG信号，并且在载波信号的所述第一集合上调制所述伪影减少的PPG信号以获得所述输出信号。
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