CN110300543B - 无线生命体征监测 - Google Patents
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Abstract
一种通过无线生命体征测量设备确定一个或多个生命体征参数的方法，该方法包括：测量佩戴无线测量设备的用户的运动信息，该测量设备处于空闲模式，在空闲模式中，停用测量设备中的至少一个光电传感器；如果运动信息低于预定阈值，把测量设备切换到激活模式，在激活模式中，激活至少一个光电传感器；在预定的测量时间段期间，把用户的皮肤组织的一部分暴露于光，测量与暴露的皮肤组织相关的一个或多个光学响应信号，运动传感器测量与用户的运动相关的运动信息；基于在测量时间段期间测量的运动信息，选择或拒绝一个或多个光学响应信号中的一个或多个脉冲，基于选择的一个或多个脉冲，确定一个或多个生命体征参数。
Description
技术领域
本发明涉及无线生命体征监测，尤其涉及用于无线生命体征监测的方法和系统、适用于无线生命体征监测的测量设备以及用于执行这些方法的计算机程序产品(虽然并不全面)。
背景技术
目前，在医院里，每天24小时连续监测高护理病房的患者的多个生命体征。相反，当患者位于低护理医院病房中时，只监测所选择的诸如脉搏、氧饱和度(SpO2)和温度之类的生命体征，并使用现场测量每隔6-8小时手动完成(通常称为抽查)。通常，把测量值手动输入(电子)患者档案中。可以提高患者安全性，可以测量多个生命体征的自动趋势，同时更有效地工作。
US2015/0305689描述了一种用于自动抽查的系统，其中无线测量设备配置为测量患者的生命体征和活动状态(例如，站立、坐着、行走、跑步等)。活动状态允许系统确定测量数据是否属于相同的活动状态，从而可以及时比较数据。这样，系统可以确定改变测量计划，例如，增加测量频率，在测量数据及时显示退化的情况下，例如，在患者不活跃时血压的增加。
在这种低护理生命体征测量过程中，小型的无线可穿戴测量设备是优选的，这是因为测量设备不应限制患者的移动性和运动。为了让这种监测设备具有实用性，应该优化无线测量设备的能量消耗，从而可以在相当长的时间段(例如，24-48小时或者甚至更长)内进行测量，而无需为电池充电，同时仍提供一种以可靠方式测量患者的生命体征的系统。
所提出的系统具有的一个问题在于，生命体征传感器，特别是光学生命体征传感器对于噪声和运动非常敏感。例如，在通过包括一个或多个LED和光电二极管的光学测量设备(例如，光电设备)测量心率和/或氧饱和度时，处于“非活动状态”(例如，坐着或躺着)的人的突然的细微移动可能在测量数据中引起运动假象，这让数据变得不可靠，甚至无法使用。
在高护理(重症监护)生命体征监测过程中，已知的是，患者的运动是导致测量信号中的误差和偏差的主要源头。通过数据处理技术，例如，通过校正(平滑化、求平均值)和减少在监测过程中发生的噪声假象，旨在进行连续实时生命体征监测的高护理生命体征监测系统解决了这个问题。然而，这种数据处理技术需要大量的处理器资源和相关的功耗，这与以下要求不符：即低护理无线测量设备应该是小型的可穿戴低功率测量设备。
US2015/0157269描述了一种测量系统，该测量系统凭借测量SpO2水平的光学传感器以及检测组织的运动的电容传感器来检测生理信号。如果电容信号高于某个阈值，那么系统可以禁用光学传感器的测量。这种现有技术系统所涉及的问题在于，电容传感器检测到的组织运动信号可以是下列不同信号的组合：组织内的血液运动、组织的物理运动和/或组织上的电容传感器的压力/方位的变化。把组织运动信号分为不同的单个信号需要进行数据处理，这导致不能非常准确地估计物理运动。系统使用的电容传感器不能在三维空间检测用户的物理运动。这样，传感器并非检测所有运动，所以测量系统可以在用户移动时开始测量光学信号。另外，每当检测到高于某个阈值(例如，一个运动峰值)的运动水平时，现有技术系统就关闭光学传感器。这种方案让测量光学传感器信号的测量间隔失效，该光学传感器信号-在很大程度上-适合于准确地导出生理参数。在功率消耗方面，这种方案不是特别有效。
因而，从以上内容可以看出，本领域需要低护理生命体征监测方案，低护理生命体征监测方案包括无线生命体征测量设备，无线生命体征测量设备提供可靠的低功率数据采集，该数据采集对噪声，特别是由运动引起的噪声具有鲁棒性。
发明内容
本领域技术人员可以理解，本发明的多个方面可以具体实施为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的这些方面采取的形式可以为：完全是硬件的实施例、完全是软件的实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或者把多个软件和硬件方面相结合的实施例，通常，这些实施例在这里都可以称为“电路”、“模块”或“系统”。本公开描述的多个功能可以实现为由计算机的微处理器执行的算法。此外，本发明的各方面可以采取计算机程序产品的形式，计算机程序产品在一个或多个计算机可读介质中具体实施，计算机可读介质上例如存储有具体实施的计算机可读程序代码。
可以使用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是，例如，但不限于，电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备、或者是任何前述各项的适当组合。计算机可读存储介质的更为具体的示例(非详尽的列表)包括下列各项：具有一条或多条导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式只读光盘存储器(CD-ROM)、光学存储设备、磁存储设备或任何上述各项的适当组合。在本文件的上下文中，计算机可读存储介质可以是任何有形介质，该有形介质可以包含或存储供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合的程序。
计算机可读信号介质可以包括例如呈基带形式或作为载波的一部分的传播数据信号，传播数据信号具有在其中具体实施的计算机可读程序代码。这种传播信号可以是多种形式中的任何一种形式，这些形式包括，但不限于，电磁、光学或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是不为计算机可读存储介质的任何计算机可读介质，其可以传送、传播或传输供指令执行系统、装置或设备使用或与之结合的程序。
在计算机可读介质上具体实施的程序代码可以使用任何合适的介质来传输，这些介质包括，但不限于，无线、有线、光纤、电缆、RF等、或者任何前述各项的适当组合。用于执行本发明的各方面的操作的计算机程序代码可以使用一种或多种编程语言的任何组合来编写，这些编程语言包括诸如Java(TM)、Smalltalk、C++等的面向对象的编程语言以及诸如“C”编程语言或类似编程语言的传统过程编程语言。程序代码可以作为独立的软件包完全在用户的计算机上执行、部分在用户的计算机上执行、部分在用户的计算机上且部分在远程计算机上执行、或完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过包括局域网(LAN)或广域网(WAN)的任何类型的网络连接到用户的计算机，或者可以连接到外部计算机(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)。
参考根据本发明的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图例和/或框图，在下文描述本发明的各方面。应理解，流程图图例和/或框图中的每个方框以及流程图图例和/或框图中的多个方框的组合可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，尤其是微处理器或中央处理单元(CPU)，来生产机器，使得由计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备的处理器执行的指令制作用来实现流程图和/或框图的一个或多个方框中指定的功能/动作的装置。
这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读介质中，计算机可读介质可以指示计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定方式执行功能，使得计算机可读介质中存储的指令产生包括指令的制品，这些指令实现流程图和/或框图的一个或多个方框中指定的功能/动作。
计算机程序指令还可以加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行一系列操作步骤，产生计算机实现过程，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现流程图和/或框图的一个或多个方框中指定的功能/动作的多个过程。
附图中的流程图和框图示出了根据本发明的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的多个可能的实现方式的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个方框可以表示代码的模块、片段或部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应注意，在一些可替代实施方式中，方框中提到的多个功能可以不按图中所示的顺序发生。例如，依次示出的两个方框实际上可以大体同时执行，或者这两个方框有时也可以按照相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还应注意，框图和/或流程图图例的每个方框以及框图和/或流程图图例中的多个方框的组合可以由基于硬件的专用系统来实现，该系统执行指定功能或动作、或专用硬件和计算机指令的组合。
本发明的目的是减少或消除现有技术中已知的至少一个缺点。
本公开的实施例涉及生理监测领域，尤其涉及低功率无线可穿戴设备，这种设备用于测量治疗环境(cure setting)中低护理医院病房中的多个生命体征的趋势。这些实施例包括一种系统，该系统包括为每一位患者提供的低功率无线耳戴式传感器(测量设备)、中心平台和(移动)用户界面，特别是由低护理医院病房的护士和医生使用。可穿戴设备配置为非侵入性地测量诸如心率、氧饱和度、呼吸率、温度、运动强度、姿势、睡眠等多个生命体征。
在普通的低护理医院病房里，鼓励患者走下床，运动起来。因此，生命体征监测需要舒适的无线传感器，这些传感器专为这些情形设计而成，还可以处理由运动、外部光线和其他外部因素引起的假象。另一方面，用户(主要是护士，还有医生)需要更简单的用户界面和更少的(误报警)。例如，重症监护的医生和护士需要一直关注着监护仪，并受过培训，从而可以解读他们读到的数据，而在普通的医院病房中，医生和护士应当能一目了然地监督数据，而不用担心错误报警。应该给这些用户提供生命体征信息，而不是原始数据。
在低护理医院病房中，与基于高级设置的显示最新值、特定波形和紧急报警相比，可靠的生命体征读数、方便护士使用和防止误报警更为重要。因此，使用高级信号选择算法来构建长期趋势信息。
与连续生命体征测量系统相比，例如，该测量系统在已知现有技术中用于重症监护应用，本公开的实施例包括生命体征测量设备，该测量设备配置为确定并提供生命体征参数中的可靠趋势值，其中测量数据没有进行校正，而是使用生命体征测量设备中的运动传感器所产生的运动数据来选择。
实施例包括生命体征移动测量设备，生命体征测量设备配置为检测测量信号中的假象，拒绝包括这些假象的测量信号的部分。多个选择和/或拒绝算法可以用于信号选择。因此，仅使用经批准的数据，从而只报告可靠的生命体征值。因而，本发明旨在去除测量信号中受到噪声，特别是由运动引起的噪声影响的部分，这样，传感器基于“纯净的”传感器信号确定其生命体征参数。
在一个方面，本发明涉及一种通过生命体征测量设备，优选无线生命体征测量设备来确定一个或多个生命体征参数的方法，该方法包括：无线测量设备中的运动传感器测量佩戴无线测量设备的用户的第一运动信息，优选一个或多个第一运动强度值，测量设备处于空闲模式，在空闲模式中，停用测量设备中的至少一个光电传感器；如果第一运动信息超过第一运动阈值，无线测量设备中的处理器把测量设备切换到激活模式，在激活模式中，激活至少一个光电传感器；在测量时间段期间，激活的至少一个光电传感器把用户的皮肤组织的一部分暴露于光，测量与暴露的皮肤组织相关的一个或多个光学响应信号，在测量时间段期间，运动传感器测量与用户的运动相关的第二运动信息，优选一个或多个第二运动强度值；处理器基于在测量时间段期间测量的第二运动信息，选择或拒绝一个或多个光学响应信号中的一个或多个脉冲，并基于选择的一个或多个脉冲，确定一个或多个生命体征参数。
因此，为了可靠地确定一个或多个生命体征参数，该方法包括在生命体征测量所需的光学响应数据之前和就在其之后进行数据处理。在启动光电传感器之前(例如，运动传感器)，使用加速度计检测开始测量时刻，在该时刻有少量运动或没有运动。
然后，在预定的测量时间段之后，分析测量的光学响应信号，特别是测量的光学响应信号中的脉冲。这可以通过各种方式来实现，例如，通过在测量信号期间检查患者的运动和/或通过把信号的形态与阈值(例如，理想的参考(波)形式)进行比较。可以使用这一波形的多个参数来完成这种形态分析。这些参数的一部分可以基于每脉冲形态，一部分可以基于脉冲之间的相似性或变化。然后，在所有检查完成时，接受或是拒绝信号。在接受时，就可以计算生命体征。而在拒绝时，就会开始新的测量。
这种方法保证‘始终正确’的报告值。基于算法的设定测量间隔以及对数据选择的接受，在不规则时间报告接受值。这些不连续的测量可以形成把每个生命体征参数的趋势报告给中央服务器的基础。
测量设备可以是耳戴式的且足够小，以让患者更长时间佩戴该设备，而最低程度地降低累赘感。此外，测量设备应该是节能的，因此它可以依赖于一节小电池的一次充电就可以持续相当长的一段时间(例如，至少48小时或更长)。这也限制了对测量协议、数据选择和生命体征计算的算法的选择，这是因为微处理器完成的所有计算都是耗能的。为了这个目的，根据本发明的方法具有空闲状态和激活状态，在低能量空闲状态下，停用光电传感器，而在激活状态下，激活光电传感器。通过这种方式，可以最小化测量设备的能量消耗。
在一个实施例中，该方法还可以包括：如果第一运动信息超过第一运动阈值，那么处理器启动用来提供第一时间延迟的第一重启计时器；在第一时间延迟之后，运动传感器测量新的第一运动信息，如果新的第一运动信息超过第一运动阈值，那么处理器把测量设备切换到激活模式。因此，如果由运动传感器(例如，加速度计)测量的运动信息表明运动强度过高，那么测量设备不会激活光电传感器来开始测量时间段。此外，测量设备在开始测量运动强度之前，会等待一定的延迟时间来确定是否可以激活光电传感器。
在一个实施例中，选择或拒绝一个或多个脉冲可以包括：把与一个或多个光学响应信号中的一个或多个脉冲相关的第二运动信息与第二运动阈值进行比较。在本实施例中，与测量的响应信号相关的运动信息(例如，运动强度)用于选择或拒绝测量的响应信号的多个部分(例如，一个或多个脉冲)。这样，选择多个信号部分，而这些信号部分受运动噪声影响的概率较低。
在一个实施例中，选择或拒绝一个或多个脉冲可以包括：确定一个或多个光学响应信号中的一个或多个脉冲的一个或多个形态特征，优选地，形态特征包括脉冲长度、幅度或标准偏差中的至少之一；把一个或多个光学响应信号中的脉冲的至少一个形态特征与形态阈值进行比较。在本实施例中，测量信号的多个部分(例如，一个或多个脉冲)的形态可以与参考信号的形态特征进行比较。如果测量信号和参考信号的形态特征之间的偏差太大，那么这些部分可能由于包含假象而遭到拒绝。
在一个实施例中，选择或拒绝一个或多个脉冲可以包括：确定至少一个光学响应信号中的后续脉冲的一个或多个形态特征的一个或多个变化；把形态特征的变化与形态变化阈值进行比较。在本实施例中，可以比较测量信号中的后续脉冲之间的形态，如果这些偏差过大，那么可以拒绝一个或多个脉冲。
在一个实施例中，该方法还可以包括：在测量时间段之后，处理器把测量设备切换到空闲模式。因此，在测量光学响应信号达预定时间之后，测量设备可以把自身切换到低能量的空闲模式，在空闲模式中，光电传感器和可选的其他耗能电子部件切换或处于低能量模式。
在一个实施例中，该方法还可以包括：在确定一个或多个生命体征参数之后或在拒绝一个或多个光学响应信号中的一个或多个脉冲之后，处理器启动用来提供第二时间延迟的第二重启计时器；在第二时间延迟之后，运动传感器测量新的第一运动信息，如果新的第一运动信息超过第一运动阈值，那么处理器把测量设备切换到激活模式。因此，在经过完整的测量周期之后，在该测量周期中，处理器可以基于光学响应信号中的所选脉冲确定生命体征参数，或者在该测量周期中，处理器已经拒绝光学响应信号中的脉冲，测量设备在开始新的测量周期之前，等待一定的延迟时间段，通过测量运动强度以确定是否可以激活光电传感器。
在一个实施例中，确定一个或多个生命体征参数可以包括：基于所选择的脉冲确定血液中的氧饱和度(SpO2)值和/或心跳率。
在一个实施例中，测量设备还可以包括温度传感器。在一个实施例中，在预定测量时间段期间，温度传感器可以测量皮肤的温度。
在一个实施例中，至少一个光电传感器可以包括：一个或多个发光器件，优选一个或多个发光二极管，用来把用户的皮肤组织的一部分暴露于具有一个或多个波长的光；以及一个或多个光检测设备，优选一个或多个光电二极管，用来测量与暴露的皮肤组织相关的一个或多个光学响应信号。
在一个实施例中，该方法还可以包括：测量设备把一个或多个生命体征参数发送到计算机，该计算机配置为收集生命体征参数，确定与佩戴测量设备的用户相关的生命体征参数的趋势。
在一个实施例中，该方法还可以包括：把时间信息，优选为时间戳，与一个或多个生命体征参数相关；把一个或多个生命体征参数、时间信息、第二运动信息(可选地)存储在缓冲器中；把消息中的一个或多个生命体征参数、时间信息、第二运动信息(可选地)发送给服务器。
在一个实施例中，测量设备可以配置为耳戴式测量设备。在一个实施例中，耳戴式测量设备可以包括弹性耳夹，弹性耳夹用来把测量设备附接到用户的耳朵。
在一个实施例中，测量设备可以包括壳体，壳体包括突起，突起容纳光电传感器的至少一部分，其中在使用弹性耳夹把测量设备附接到耳朵时，突起的接触部压在耳朵的后部上，优选为耳朵的后耳上。
在一个实施例中，无线生命体征测量设备可以包括：运动传感器，配置为测量佩戴测量设备的用户的运动；至少一个光电传感器，配置为把用户的皮肤组织的一部分暴露于光，测量与暴露的皮肤组织相关的一个或多个光学响应信号；计算机可读存储介质，具有与其一起具体实施的至少一部分程序；计算机可读存储介质，具有与其一起具体实施的计算机可读程序代码，以及处理器，优选微处理器，耦合到计算机可读存储介质，其中响应于执行计算机可读程序代码，处理器配置为执行可执行操作，可执行操作包括：使用运动传感器测量佩戴无线测量设备的用户的第一运动信息，优选一个或多个第一运动强度值，测量设备处于空闲模式，在空闲模式中，停用测量设备中的至少一个光电传感器；如果第一运动信息超过第一运动阈值，那么把测量设备切换到激活模式，在激活模式中，激活至少一个光电传感器；在预定的测量时间段期间，激活的至少一个光电传感器把用户的皮肤组织的一部分暴露于光，测量与暴露的皮肤组织相关的一个或多个光学响应信号，运动传感器在测量时间段期间测量与用户的运动相关的第二运动信息，优选一个或多个第二运动强度值；基于在测量时间段期间测量的第二运动信息，选择或拒绝一个或多个光学响应信号中的一个或多个脉冲，可选地，如果处理器选择了一个或多个脉冲，那么基于选择的一个或多个脉冲确定一个或多个生命体征参数。
在一个方面，本发明可以涉及无线生命体征测量设备，包括：处理器；运动传感器，配置为测量佩带测量设备的用户的运动；至少一个光电传感器，配置为把用户的皮肤组织的一部分暴露于光，测量与暴露的皮肤组织相关的一个或多个光学响应信号；其中处理器配置为：激活至少一个光电传感器，以把用户的皮肤组织的一部分暴露于光，在预定的测量时间段期间，测量与暴露的皮肤组织相关的一个或多个光学响应信号，其中在激活光电传感器之前，基于由运动传感器测量的运动信息激活光电传感器；基于在测量时间段期间由运动传感器测量的运动信息和/或基于一个或多个光学响应信号中的一个或多个脉冲的一个或多个形态特征，选择或拒绝一个或多个光学响应信号中的一个或多个脉冲；如果选择了一个或多个脉冲，那么基于选择的一个或多个脉冲确定一个或多个生命体征参数。
在又一个方面，本发明无线耳戴式生命体征测量设备包括：处理器；运动传感器，配置为测量佩带测量设备的用户的运动；至少一个光电传感器，配置为把用户的皮肤组织的一部分暴露于光，测量与暴露的皮肤组织相关的一个或多个光学响应信号；测量设备包括用于容纳处理器、运动传感器和光电传感器的壳体以及用于把测量设备附接到用户的耳朵的弹性耳夹，壳体包括突起，突起容纳光电传感器的至少一部分，其中在使用耳夹把测量设备附接到耳朵时，突起的接触部压在用户的耳朵的一部分上，优选为用户的耳朵的后部的一部分。
在又一个方面，本发明可以涉及一种通过生命体征测量设备，优选无线生命体征测量设备来确定一个或多个生命体征参数的方法，该方法包括：测量设备中的运动传感器测量佩戴无线测量设备的用户的第一运动信息，优选一个或多个第一运动强度值，测量设备处于空闲模式，在空闲模式中，停用位于测量设备中的至少一个光电传感器；如果第一运动信息超过第一运动阈值，测量设备中的处理器把测量设备切换到激活模式，在激活模式中，激活至少一个光电传感器；在预定的测量时间段期间，激活的至少一个光电传感器把用户的皮肤组织的一部分暴露于光，测量与暴露的皮肤组织相关的一个或多个光学响应信号。因此，在本实施例中，激活光电传感器，使用运动传感器，例如，加速度计来检测有少量运动或没有运动的时刻，以开始测量。只有在用户没有移动或者至少移动强度没有显著影响光学响应信号时，才激活光电传感器。这样，可以降低测量设备的能量消耗，同时，可以显着降低测量的光学响应信号受到运动噪声影响的风险。
在一个实施例中，该方法可以包括：处理器基于一个或多个脉冲的形态特征选择或拒绝一个或多个光学响应信号中的一个或多个脉冲，可选地，如果处理器选择了一个或多个脉冲，基于所选择的一个或多个脉冲，确定一个或多个生命体征参数。
本发明还涉及一种计算机程序产品，包括软件代码部分，软件代码部分配置为在计算机的存储器中运行时，执行根据如上所述的权利要求中的任一项所述的方法步骤。
参考附图进一步说明本发明，附图示意性地示出了根据本发明的实施例。应理解，本发明不以任何方式局限于这些具体实施例。
附图说明
图1A和图1B示出了根据本发明的实施例的包括多个无线生命体征测量设备的低护理生命体征监测系统的示意图。
图2示出了根据本发明的实施例的低功率数据采集和处理方法的高级流程图。
图3A-图3C示出了由运动引起的信号劣化。
图4示出了根据本发明的实施例的生命信号选择方法的流程图。
图5示出了根据本发明的实施例的耳戴式测量设备的示例。
图6A-图6C示出了把根据本发明的实施例的耳戴式测量设备的传感器隔间夹紧到耳朵上。
图7示出了可以用于本公开描述的实施例的示例性数据处理系统的框图。
具体实施方式
本公开中的实施例描述了低护理无线生命体征监测系统以及这些系统使用的无线低功率生命体征测量设备。无线生命体征测量设备准确确定生命体征参数，以用于低护理生命体征监测。测量设备适合提供低功率数据采集，可靠确定生命体征参数，其对噪声，特别是运动引起的噪声具有鲁棒性。
图1A和图1B示出了根据本发明的各种实施例的低护理生命体征监测系统以及这种监测系统使用的无线生命体征测量设备的示意图。尤其是，图1A示出了低护理生命体征监测系统100，监测系统100包括多个无线生命体征测量设备1021-5(下文简称为测量设备)，这些测量设备配置为与一个或多个基站1041、2无线通信。基站可以配置为从位于基站一定距离内的不同测量设备接收数据。
测量设备可以包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器接触或靠近佩戴测量设备的人的皮肤，所以这些传感器可以测量皮肤组织的特征(例如，光学响应和/或温度)。另外，一个或多个传感器(例如，加速度计)可以配置为生成与佩戴测量设备的人的运动相关的运动信息和/或与佩戴测量设备的人的姿势相关的姿势信息。
在预定的(测量)时间实例中，测量设备确定佩戴测量设备的人的一个或多个生命体征参数(例如，心跳、氧饱和度(Spo2)、温度、姿势等等)。测量时间实例可以是周期性的(每N分钟或每N小时等)、非周期性的(例如，取决于某些条件)或其组合。
测量设备可以基于运动数据，处理传感器产生的信号(传感器信号)，该运动数据是在测量用来确定生命体征参数的数据期间测量的。这样处理的传感器信号可以用来计算一个或多个生命体征参数。在经由无线接口(例如，无线电接口)把一个或多个消息中的参数传输到基站之前，可以临时存储这些生命信号参数。中央计算机108可以通过一个或多个网络106连接到生命体征测量系统的基站，该测量系统可以接收生命体征参数，并及时监测不同患者的测量参数。
监测过程可以包括：确定一个或多个生命体征参数的趋势；以及在生命体征参数中的至少一个参数(或生命体征参数中的至少一个参数的趋势)表明生命体征参数中的至少一个参数(或其中的趋势)发生(实质性)恶化的情况下，触发警告信号。
图1B示出了根据本发明的实施例的无线生命体征测量设备。尤其是，图1B示出了无线生命体征测量设备102的示意图，测量设备102可以包括微处理器112和传感器隔间104。测量设备可以包括耦合到存储器114的微处理器112、可充电电池124、无线电接口116(蓝牙、ZigBee、Wi-Fi等)以及一个或多个传感器。这些传感器的示例包括(但不限于)运动传感器118(例如，数字加速度计)、温度传感器120和至少一个光电传感器122。一个或多个传感器的输出可以馈入模拟前端126(例如，低噪声放大器)的输入端，这样传感器信号可以在经微处理器处理之前放大。每隔一定间隔，可以基于运动检测器的运动信号激活传感器，可以基于运动信号接受或拒绝传感器信号，并且可以处理接受的传感器信号，以确定与特定时间实例相关的生命体征参数(例如SpO2水平、心跳率、温度和运动)。所确定的生命体征参数可以基于时钟128加时间戳，存储在存储器114中，并每隔一定时间发送到基站。
可以通过脉搏血氧定量法得到至少一部分生命体征参数，这种方法是用于监测人的氧饱和度的非侵入性方法。血氧饱和度读数表示充满氧的血红蛋白分子在动脉血中的百分比。术语SpO2表示通过脉搏血氧定量法测定的SaO2测量值。
SpO2传感器是光电传感器，该光电传感器包括一个或多个发光器件(例如，LED)和一个或多个光传感器(例如，光电二极管)，一个或多个发光器件适合于把预定波长或预定电磁波谱带的光发射到组织上，而一个或多个光传感器适于接收从组织反射的LED光或透射过组织的LED光。尤其，发光二极管可以把一部分组织暴露于红光和红外光，而一个或多个光检测器(例如，光电二极管)可以。
在一个实施例中，例如，运动传感器可以是加速度计，通常是低功率数字加速度计，这种加速度计适合在三维空间连续测量(例如，以1-50Hz的速率)运动(例如，在x、y、z方向上具有分量的运动矢量)。
检测器接收的光量提供与血液中的血红蛋白结合的氧气量的指示。氧合血红蛋白(氧基血红素或HbO2)吸收的红外光比红光多，而脱氧血红蛋白(Hb)吸收的红光比红外光多。因此，通过检测透射过组织或从组织反射的红光和红外光的量，可以确定SpO2值。
因为动脉中存在的富氧动脉血的量随着心跳而变化，所以测量的信号是脉冲信号。下文参考图3A-图3C来描述这些信号的示例。
SpO2传感器可以附接到具有相对半透明的皮肤组织的身体部位，通常附接到身体部位的末梢(诸如手指、脚趾或耳朵)。此外，相比高护理应用，在低护理应用中，用户不需要卧床，而是应该能够四处走走，自由活动一下。因此，出于这个原因，测量设备可以配置为与皮肤的一部分接触的小型无线可穿戴设备。如下文更详细描述的，在一个实施例中，测量设备可以配置为耳戴式无线测量设备，其中测量设备包括光电感测部件，光电感测部件与佩戴测量设备的人的耳朵(后面)的皮肤接触。
为了控制功耗，测量设备可以在空闲状态和激活状态之间切换。在空闲状态下，光电传感器处于光电传感器停用的低功率(休眠)状态。相反，低功率运动传感器仍然是激活的，使得它可以产生运动信息，处理器可以使用该运动信息把测量设备切换到激活状态，在激活状态中，光电传感器被激活，从而可以在预定时间段内测量光学数据。一旦测量时间段结束，处理器可以切换回空闲状态。
因此，低功率运动传感器可以连续地或至少定期地或周期性地测量佩戴测量设备的患者的运动，其中运动信息可以用于把测量设备从空闲状态切换到激活状态，在激活状态中，光电传感器被激活，并且处理器可以决定激活无线接口，以便把测量数据的至少一部分发送给基站。
如下文所描述的，通过运动信息控制测量设备的空闲状态和激活状态得到了低功率数据采集过程，这一采集过程选择“纯净”的光学传感器响应信号，即，不受用户的运动影响或至少受到的影响较小的光学响应信号，而用户的运动可以用来确定可靠的生命体征参数。
图2示出了根据本发明的实施例的低功率数据采集和处理方法的高级流程图。尤其是，图2示出了参考图1A和图1B描述的生命体征测量设备使用的低功率数据采集和处理方法的高级流程图。该方法可以由测量设备的处理器执行，可以实现为一个或多个软件模块、硬件模块或其组合。
图2的方法可以从处于空闲状态的测量设备在第一步骤202接收启动测量周期的触发而开始。响应于触发，处理器的输入端可以接收运动数据，即运动传感器产生的数据(步骤204)。
处理器可以(周期性地)在预定时间段(例如1-5秒)缓冲运动数据，计算运动信息。运动信息可以包括表示运动强度、平均运动和/或运动变化的一个或多个值。例如，可以使用运动矢量的大小来确定运动强度(步骤208)，该运动矢量的大小可以由x、y、z方向上的运动的平方之和的平方根来确定。
基于运动信息，处理器可以确定是否从空闲状态切换到激活状态，以使能光电传感器测量光学数据。例如，在一个实施例中，处理器可以确定运动信息是小于还是大于预定运动阈值(步骤210)。如果运动信息小于预定运动阈值，那么处理器可以把测量设备切换到激活状态(步骤214)。
如果运动信息大于运动阈值，那么处理器可以决定不切换到激活状态，而是在触发新的测量周期(包括缓冲新的运动数据、确定运动信息以及检查运动信息是否低于或高于参考步骤202-208所描述的特定阈值)之前，启动提供时间延迟(例如，5-30秒)的重启计时器(步骤212)。
因此，处理器使用运动信息，以便确定由于用户的运动引起的光学数据的劣化程度，运动信息是基于在光学数据的测量期间测量的运动数据获得的。图3A-图3C提供了由于运动引起的信号劣化的图例。图3A示出了测量设备的光电传感器的“纯净的”脉冲光学响应信号的示例，该响应信号是在一个时间段内测量的，在该时间段内，用户没有运动或运动的强度很低，从而未对光学传感器信号产生影响。相反，图3B示出了一个例子，在这个例子中，整个光学响应信号由于运动或其他噪声源而严重劣化，从而让测量无法可靠地确定生命体征参数。图3C示出了一个例子，在这个例子中，例如，只有一部分信号受到运动的影响，这是因为用户在测量期间开始移动。在这种情况下，只有一部分信号可以用来确定可靠的生命体征参数。
在一个实施例中，如果测量设备切换到激活状态，那么处理器可以确定测量设备是否正确定位并附接到皮肤组织，从而可以确定响应信号来源于组织(步骤216)。这样，处理器可以运行测试算法，以确定光电传感器是否提供响应，而该响应可以识别为对于组织特性化的响应，使得测量设备能够检查其自身是否正确定位。另外，处理器可以确定光电传感器的光源(例如LED)的最佳光强度值。在测量周期中，这些光强度值可以为光电传感器所使用。
如果通过测试算法确定传感器的测试响应是正确的，那么可以开始测量光学传感器数据。例如，处理器可以在预定测量时间段内开始测量由光电传感器感测的光学响应信号，其中在光学数据的测量过程中，相关的运动数据也是由运动传感器测量的(步骤218)。所获得的光学传感器数据和运动数据可以缓冲在测量设备的存储器中。
一旦缓冲了足够的数据，处理器就可以切换低功率空闲模式下的测量，并执行信号选择过程(步骤220)。信号选择过程可以基于运动数据来选择光学数据，运动数据是在测量光学数据的时间段内测量的。此外，信号选择过程可以包括确定光学数据中的一个或多个测量脉冲的形态特征。可以把测量的运动信息和确定的形态特征与一个或多个阈值进行比较，以确定进一步的数据处理是否可接受测量的数据，进一步的数据处理可以包括基于测量的光学数据来确定心跳速率和/或SpO2值。下面参考图4更详细地描述信号选择过程。
信号选择过程的结果可以是“拒绝”或“接受”。例如，如果运动信息表明在光学数据的测量期间的运动在整个时间段内太高，那么可以立即拒绝光学数据。或者，如果在光学数据的测量期间的运动表明运动仅在一个或几个脉冲期间较高，在这种情况下—如果形态特征表明变化在一定限度内—那么可以接受测量的光学数据的至少一部分用于进一步处理。
处理器可以根据选择过程的结果确定何时开始新的测量周期(步骤222)。如果信号选择过程的输出表明接受了测量数据，那么处理器可以确定在开始新的测量周期之前等待预定时间。为此，处理器可以触发预定的第一延迟时间段(例如，5分钟)的延迟计时器(步骤223)。一旦延迟计时器结束了第一延迟时间段，处理器就可以开始新的测量周期。
类似地，如果步骤222中的信号选择过程表明拒绝了测量数据，那么处理器可以确定在开始新的测量周期之前等待预定时间。在这种情况下，处理器可以根据某些条件控制延迟时间段的长度。例如，延迟时间段的长度可以取决于连续拒绝的次数。这在图2的过程的步骤224-228中示出。
如果信号选择过程(步骤222)的结果是拒绝，那么处理器可以确定先前测量周期的数据是否也遭到拒绝(步骤224)。如果是这样的情况，那么可以把延迟时间设置为与第一延迟时间段(即，在接受信号选择过程的结果时设置的延迟时间段)不同的第二延迟时间段(步骤225)。例如，在已经确定了第一次拒绝时，可以在触发新的测量周期之前把延迟计时器设置为一分钟的时间延迟。如果处理器确定拒绝是第二次连续拒绝(步骤226)，那么处理器可以把延迟计时器设置为比第二延迟时间段长的第三延迟时间段(例如，两分钟延迟，而不是一分钟延迟)(步骤227)。如果拒绝是第三次连续拒绝(或更多次)，那么可以设置与第一延迟时间段和第二延迟时间段不同的其它延迟时间段。
图4示出了根据本发明的实施例的信号选择方法的流程图。该方法可以由测量的处理器执行，并且可以从接收一组光学数据(步骤402)开始，该组光学数据表示在预定时间窗内测量的光学响应信号。处理器还可以在测量光学数据组期间接收表示用户的运动的运动信息。在分析光学响应信号之前，处理器可以预处理数据(步骤404)，这包括高通和低通滤波、归一化测量值等。此后，处理器可以确定每个光学响应信号的脉冲(步骤406)，计算运动信息，特别是每脉冲的运动强度(步骤408)。此外，处理器可以确定每个脉冲的形态特征(步骤410)。形态特征可以包括脉冲长度、幅度、标准偏差等。
此后，对于每个脉冲，处理器可以把与脉冲相关的运动信息与运动阈值进行比较(步骤412)。类似地，对于每个脉冲，处理器可以把每个脉冲特征与脉冲特征阈值进行比较(步骤414)。另外，在一个实施例中，处理器可以确定光学响应信号中的相邻脉冲之间的一个或多个形态特征的变化(步骤416)，并把计算的变化与脉冲特征变化阈值进行比较(步骤418)。
基于比较步骤的结果，脉冲可以分为(步骤420)不会因为用户的运动而劣化或因为用户的运动只有一点劣化的脉冲(因此它们适合用来确定生命体征参数)以及因为用户的运动而劣化的脉冲(因此它们不适合用来确定生命体征参数)(步骤422)。如果没有合适的分类脉冲或者如果合适的脉冲的量不足以确定可靠的生命体征参数，则处理器拒绝(步骤424)该组光学数据。如果对足够量的合适脉冲进行分类，那么处理器可以选择(步骤426)分类为合适脉冲的至少一部分脉冲，并使用这些脉冲来可靠地确定生命体征参数。例如，可以把所选择的脉冲馈送到一个或多个已知算法的输入端，该已知算法用来确定关于血液中的动脉血氧饱和度(SpO2)的信息，并用来确定心跳速率。
生命体征参数可以与表示确定参数所花的时间的时间信息(例如，时间戳)一起存储在测量设备的存储器中。此后，处理器可以重复参考图2-图4所描述的过程，直到处理器决定通过无线方式把消息中的一定量的生命体征参数发送给基站。
图5示出了根据本发明的实施例的耳戴式测量设备的示例。测量设备包括壳体，壳体包括电子设备隔间502。弹性耳夹(ear clamp)504连接到壳体，或形成为壳体的一部分。壳体还包括传感器隔间506，传感器隔间506用于容纳一个或多个传感器或者一个或多个传感器的需要与皮肤组织紧密接触的至少多个部件(例如，光电传感器，可选的是，温度传感器)。传感器隔间可以配置为至少一个突起的形式，该突起弹性地连接到电子设备的壳体。可以根据人的耳朵形成耳夹的形状，使得在使用耳夹把测量设备附接到耳朵时，耳夹的夹紧动作把传感器隔间的表面定位并按压到耳朵(的一部分)的皮肤上，特别是耳朵的后部。
图6A-图6C示出了把根据本发明的实施例的耳戴式测量设备的传感器隔间夹戴到耳朵上。特别是，图6A示出了传感器隔间的横截面示意图，该传感器隔间弹性地连接到测量电子设备的壳体。传感器隔间具有突起的形式，突起包括接触部602和基底部604。由于夹紧动作，传感器隔间的接触部压靠在佩戴传感器的用户的皮肤(例如，耳朵后部)上，以在传感器和皮肤之间建立良好接触。
突起形状的弹性传感器隔间降低了光学传感器与皮肤之间的次优接触的风险，特别是在皮肤表面和传感器隔间的表面未对准的时候，如图6B所示。由于传感器隔间的弹性特性，耳夹的夹紧动作的夹紧动作把传感器隔间的接触部定位并按压到耳朵(的一部分)的皮肤上，而不管传感器隔间的(顶)表面和皮肤的相对方位如何。如图6C所示，夹紧动作会让接触部和基底部略微变形。此外，通过让基底部的尺寸小于接触部的尺寸，接触部可以在任何期望的方向上轻易弯曲。这样，保证了不同耳朵形状和尺寸的良好光学接触。
图7是示出了可以用于本公开描述的实施例的示例性数据处理系统的框图。数据处理系统700可以包括至少一个处理器702，处理器702通过系统总线706耦接到存储器元件704。这样，数据处理系统可以把程序代码存储在存储器元件704中。此外，处理器702可以执行经由系统总线706从存储器元件704访问的程序代码。在一个方面，数据处理系统可以实现为适合于存储和/或执行程序代码的计算机。然而，应当理解，数据处理系统x00可以实现为包括处理器和存储器的任何系统的形式，该系统能够执行本说明书中描述的多种功能。
存储器元件704可以包括一个或多个物理存储设备，例如，本地存储器708以及一个或多个大容量存储设备710。本地存储器可以指随机访问存储器，或在程序代码的实际执行过程中经常使用的其他非持久性存储设备。大容量存储设备可以实现为硬盘驱动器或其他持久性数据存储设备。处理系统700还可以包括一个或多个高速缓冲存储器(未示出)，该高速缓冲存储器临时存储至少一些程序代码，以减少在执行期间必须从大容量存储设备710检索程序代码的次数。
可选地，输入/输出(I/O)设备可以耦合到数据处理系统，这些输入/输出(I/O)设备示出为输入设备712和输出设备714。输入设备的示例可以包括，但不限于，例如，键盘、诸如鼠标之类的指示设备等等。输出设备的示例可以包括，但不限于，例如，显示屏或显示器、扬声器等等。输入设备和/或输出设备可以直接地或是通过中间I/O控制器来耦合到数据处理系统。网络适配器716还可以耦合到数据处理系统，从而其可以通过中间的私有或公共网络耦合到其他系统、计算机系统、远程网络设备和/或远程存储设备。网络适配器可以包括数据接收器和数据发送器，数据接收器用来接收由所述系统、设备和/或网络传输到所述数据的数据，而数据发送器用来把数据传输到所述系统、设备和/或网络。调制解调器、电缆调制解调器和以太网卡是可以与数据处理系统750一起使用的不同类型的网络适配器的示例。
如图7所示，存储器元件704可以存储应用程序718。应当理解，数据处理系统700还可以执行可以促进应用程序的执行的操作系统(未示出)。实现为可执行程序代码形式的应用程序可以由数据处理系统700(例如，处理器702)执行。响应于执行应用程序，数据处理系统可以配置为执行本文更详细描述的一个或多个操作。
在一个方面，例如，数据处理系统700可以表示客户端数据处理系统。在那种情况下，应用程序718可以表示客户端应用程序，该客户端应用程序在执行时把数据处理系统700配置为执行本文参考“客户端”描述的各种功能。客户端的示例可以包括，但不限于，个人计算机、便携式计算机、手机等。
在另一个方面，数据处理系统可以表示服务器。例如，数据处理系统可以表示(HTTP)服务器，在这种情况下，应用程序718在执行时可以把数据处理系统配置为执行(HTTP)服务器操作。在另一个方面，数据处理系统可以表示本说明书中提到的模块、单元或功能。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明。除非上下文明确指明，否则，本文使用的单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。还应当理解，词语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时指明陈述的多个特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加有一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或其多个组合。
以下权利要求中的所有装置或步骤加功能元件的相应结构、材料、动作和等同项旨在包括任何结构、材料或动作，该任何结构、材料或动作用于与具体保护的其他元件相结合来执行功能。出于例证和说明的目的，已经描述了本发明，但是对本发明的描述不旨在是穷举的或局限于具有所公开的形式的本发明。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。选择和描述实施例是为了最佳地解释本发明的原理和实际应用，让本领域普通技术人员能够通过具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施例来理解本发明。
Claims (8)
1.一种无线耳戴式生命体征测量设备，包括：
处理器；
加速度计，配置为测量佩带所述测量设备的用户的三维运动；
光电传感器，包括配置为将所述用户的皮肤组织的一部分暴露于光的发光器件，以及用于测量从暴露的皮肤组织反射回的一个或多个光学响应信号的光检测设备；以及
壳体，包括用于容纳所述光电传感器的弹性突起形式的传感器隔间，所述突起包括接触部和用于将所述接触部弹性地连接到所述壳体的基底部，所述基底部的尺寸小于所述接触部的尺寸，使得在使用耳夹将所述测量设备附接到耳朵时，夹紧动作将使所述突起的接触部轻微变形，使得所述发光器件和所述光检测设备压靠在用户耳朵的后部的一部分上；
其中所述处理器配置为：
激活所述光电传感器，以将所述用户的皮肤组织的一部分暴露于光，在预定的测量时间段期间，测量与暴露的皮肤组织相关的至少一个光学响应信号，所述至少一个光学响应信号包括多个脉冲，其中在激活所述光电传感器之前，基于由所述加速度计测量的第一运动信息激活所述光电传感器；以及
基于在所述测量时间段期间由所述加速度计测量的与脉冲相关的第二运动信息和/或基于脉冲的一个或多个形态特征，选择或拒绝所述至少一个光学响应信号中的脉冲；以及
如果选择了一个或多个脉冲，则基于选择的所述一个或多个脉冲确定一个或多个生命体征参数。
2.根据权利要求1所述的无线耳戴式生命体征测量设备，其中选择或拒绝一个或多个脉冲包括：
将与所述一个或多个光学响应信号中的一个或多个脉冲相关的所述第二运动信息与第二运动阈值进行比较。
3.根据权利要求1所述的无线耳戴式生命体征测量设备，其中选择或拒绝一个或多个脉冲包括：
确定所述一个或多个光学响应信号中的一个或多个脉冲的一个或多个形态特征；
将所述一个或多个光学响应信号中的脉冲的至少一个形态特征与形态阈值进行比较。
4.根据权利要求1所述的无线耳戴式生命体征测量设备，其中选择或拒绝一个或多个脉冲包括：
确定至少一个光学响应信号中的后续脉冲的一个或多个形态特征的一个或多个变化；
将形态特征的变化与形态变化阈值进行比较。
5.根据权利要求1所述的无线耳戴式生命体征测量设备，其中所述处理器还被配置为：
在所述测量时间段之后，将所述测量设备切换到空闲模式。
6.根据权利要求1所述的无线耳戴式生命体征测量设备，其中确定一个或多个生命体征参数包括：
基于所选择的脉冲确定血液中的氧饱和度(SpO2)值和/或心跳率。
7.根据权利要求1所述的无线耳戴式生命体征测量设备，其中所述形态特征包括脉冲长度、幅度和标准偏差中的至少之一。
8.根据权利要求3所述的无线耳戴式生命体征测量设备，其中所述形态特征包括脉冲长度、幅度或标准偏差中的至少之一。
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