CN110613436A - 用于测量生物信息的设备 - Google Patents

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CN110613436A CN201910405995.2A CN201910405995A CN110613436A CN 110613436 A CN110613436 A CN 110613436A CN 201910405995 A CN201910405995 A CN 201910405995A CN 110613436 A CN110613436 A CN 110613436A
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Abstract

公开一种用于测量生物信息的设备。所述用于测量生物信息的设备包括：脉搏波传感器，被配置为：向对象发射多个波长的光，并且当所述光从对象反射或散射时检测光，以获得多波长脉搏波信号；以及处理器，被配置为：基于多波长脉搏波信号，获得指示对象与脉搏波传感器之间的接触压力的转换信号，基于多波长脉搏波信号和转换信号，获得示波包络，以及基于示波包络获得生物信息。

Description

用于测量生物信息的设备
本申请要求于2018年6月20日提交到韩国知识产权局的第10-2018-0070927号韩国专利申请和于2019年1月11日提交到韩国知识产权局的第10-2019-0004099号韩国专利申请的优先权，所述韩国专利申请的公开通过整体引用包含于此。
技术领域
本公开的示例实施例涉及一种用于测量生物信息的设备和方法，更具体地讲，涉及用于使用示波法测量生物信息的技术。
背景技术
作为以非侵入方式测量血压而不会引起人体疼痛的方法，存在用于使用袖带压力测量来测量血压的基于袖带的测量方法以及用于在没有袖带的情况下使用脉搏波测量来估计血压的无袖带测量方法。
作为用于测量血压的基于袖带的测量方法，存在柯氏音法(Korotkoff-Soundmethod)和示波法(Oscillometric method)，其中，柯氏音法通过使用围绕上臂佩戴的袖带并在袖带的充气(inflation)和放气(deflation)期间通过听诊器听血管的声音来测量血压，示波法通过使用围绕上臂佩戴的袖带并在袖带被充气然后逐渐放气的同时连续测量袖带压力来在最大压力信号变化的点测量血压。
作为用于测量血压的无袖带测量方法，存在通过计算脉搏传导时间(PTT)来估计血压的方法和通过分析脉搏波形来估计血压的脉搏波分析(PWA)方法。
发明内容
根据示例实施例的一个方面，提供一种用于测量生物信息的设备，所述设备包括：脉搏波传感器，被配置为：向对象发射多个波长的光，并且当所述光从对象反射或散射时，检测所述光以获得多波长脉搏波信号；以及处理器，被配置为：基于多波长脉搏波信号，获得指示对象与脉搏波传感器之间的接触压力的转换信号，基于多波长脉搏波信号和转换信号，获得示波包络，以及基于示波包络获得生物信息。
脉搏波传感器可包括：一个或多个光源，被配置为：向对象发射所述多个波长的光；以及一个或多个检测器，被配置为：当所述多个波长的光从对象反射或散射时检测所述光。
在这种情况下，所述一个或多个检测器可被放置在离所述一个或多个光源不同的距离处。
此外，所述一个或多个检测器中的每个可包括发光二极管(LED)、激光二极管和荧光体中的至少一个。
所述多个波长可包括红外波长、红色波长、绿色波长和蓝色波长中的两个或更多个。
处理器还可被配置为：获得多波长脉搏波信号之间的差分信号，并且基于差分信号获得转换信号。
处理器还可被配置为：基于相关性模型获得与差分信号对应的转换信号，其中，相关性模型使用在每个测量时间的差分信号的强度与实际接触压力之间的相关性。
多波长脉搏波信号可包括具有蓝色波长的脉搏波信号，并且处理器还可被配置为：通过从具有除了蓝色波长以外的波长的脉搏波信号减去具有蓝色波长的脉搏波信号，获得差分信号。
多波长脉搏波信号可包括具有蓝色波长的脉搏波信号、具有绿色波长的脉搏波信号和具有红色波长的脉搏波信号，并且处理器还可被配置为：通过从具有绿色波长的脉搏波信号减去具有蓝色波长的脉搏波信号获得第一差分信号，通过从红色波长的脉搏波信号减去具有蓝色波长的脉搏波信号获得第二差分信号，并且基于第一差分信号与第二差分信号之间的比率获得转换信号。
处理器还可被配置为：基于多波长脉搏波信号中的每个的最大幅度值和平均幅度值，以及多波长脉搏波信号中的每个的最大幅度值与最小幅度值之间的差中的至少一个，从多波长脉搏波信号选择一个或多个脉搏波信号；以及基于选择的一个或多个脉搏波信号和转换信号，获得示波包络。
处理器还可被配置为：从多波长脉搏波信号选择第一脉搏波信号和具有长于第一脉搏波信号的波长的第二脉搏波信号；通过从第二脉搏波信号减去第一脉搏波信号获得差分信号；以及基于差分信号和转换信号获得示波包络。
处理器还可被配置为：从多波长脉搏波信号选择多个脉搏波信号；使用选择的脉搏波信号中的每个和转换信号获得示波包络；以及通过组合从选择的脉搏波信号中的每个获得的示波包络，获得组合的示波包络。
处理器还可被配置为：从多波长脉搏波信号选择脉搏波信号；提取选择的脉搏波信号的每个测量时间的峰-峰幅度；以及通过针对与每个测量时间对应的转换信号的值绘制峰-峰幅度，获得示波包络。
处理器还可被配置为：提取以下项中的至少一个作为特征：示波包络的最大峰值的幅度值或接触压力值，以及位于具有与最大峰值的接触压力值的预定比例的接触压力值。
生物信息可包括以下项中的一个或多个：血压、血管年龄、动脉僵硬度、主动脉压波形、血管顺应性、压力指数和疲劳度。
用于测量生物信息的设备还可包括：输出接口，被配置为：输出处理器的处理结果。
所述设备还可包括：输出接口，被配置为：基于接收到对测量生物信息的请求，输出关于将由用户施加到脉搏波传感器的参考接触压力的信息
所述设备还可包括：输出接口，被配置为：基于转换信号，输出关于由用户施加到脉搏波传感器的测量的接触压力的信息。
根据另一示例实施例的一个方面，提供一种测量生物信息的方法，所述方法包括：由脉搏波传感器向对象发射多个波长的光；当所述光从对象反射或散射时，由脉搏波传感器检测所述光以获得多波长脉搏波信号；基于多波长脉搏波信号，获得指示对象与脉搏波传感器之间的接触压力的转换信号；基于多波长脉搏波信号和转换信号，获得示波包络；以及基于示波包络获得生物信息。
获得转换信号的步骤可包括：获得多波长脉搏波信号之间的差分信号，并基于差分信号获得转换信号。
获得转换信号的步骤可包括：基于包括具有蓝色波长的脉搏波信号的多波长脉搏波信号，通过从具有除了蓝色波长以外的波长的脉搏波信号减去具有蓝色波长的脉搏波信号，获得差分信号。
获得转换信号的步骤可包括：基于包括具有蓝色波长的脉搏波信号、具有绿色波长的脉搏波信号和具有红色波长的脉搏波信号的多波长脉搏波信号，通过从具有绿色波长的脉搏波信号减去具有蓝色波长的脉搏波信号获得第一差分信号，通过从红色波长的脉搏波信号减去具有蓝色波长的脉搏波信号获得第二差分信号；以及基于第一差分信号与第二差分信号之间的比率获得转换信号。
获得示波包络的步骤可包括：基于多波长脉搏波信号中的每个的最大幅度值和平均幅度值，以及多波长脉搏波信号中的每个的最大幅度值与最小幅度值之间的差中的至少一个，从多波长脉搏波信号选择一个或多个脉搏波信号；以及基于选择的一个或多个脉搏波信号和转换信号，获得示波包络。
获得示波包络的步骤可包括：从多波长脉搏波信号选择第一脉搏波信号和具有长于第一脉搏波信号的波长的第二脉搏波信号；通过从第二脉搏波信号减去第一脉搏波信号获得差分信号；以及基于差分信号和转换信号获得示波包络。
获得示波包络的步骤可包括：从多波长脉搏波信号选择多个脉搏波信号；使用选择的脉搏波信号中的每个和转换信号获得示波包络，以及通过组合从选择的脉搏波信号中的每个获得的示波包络，获得组合的示波包络。
获得生物信息的步骤可包括：提取以下项中的一个或多个作为特征：示波包络的最大峰值的幅度值或接触压力值，以及位于具有与最大峰值的接触压力值的预定比例的接触压力值。
附图说明
通过参照附图来描述特定的示例实施例，以上和/或其它方面将更加清楚，其中：
图1是示出根据本公开的实施例的用于测量生物信息的设备的框图；
图2是示出根据本公开的另一实施例的用于测量生物信息的设备的框图；
图3是示出根据本公开的实施例的处理器的配置的框图；
图4是说明多波长脉搏波信号、转换信号与接触压力之间的相关性的示图；
图5A和图5B是说明使用示波法测量血压的示例的示图；
图6A至图6C是说明测量的血压值与实际血压值之间的相关性的示图；
图7是示出根据本公开的实施例的测量生物信息的方法的流程图；
图8是示出根据本公开的另一实施例的测量生物信息的方法的流程图；
图9是示出应用用于测量生物信息的设备的可穿戴装置的示图；以及
图10A和图10B是示出应用用于测量生物信息的设备的智能装置的示图。
具体实施方式
下面参照附图更详细地描述示例实施例。
在下面的描述中，即使在不同的附图中，相同的附图参考标号也用于相同的元件。提供在本说明书中定义的内容(诸如，详细的结构和元件)，以帮助全面理解示例实施例。然而，清楚的是，可在没有那些具体定义的内容的情况下实践示例实施例。此外，由于公知的功能或结构会以不必要的细节模糊描述，因此将不详细描述它们。
将理解，虽然可在此使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开。除非另外清楚的陈述，否则对单数形式的任何引用可包括复数形式。此外，除非明确描述为相反，否则诸如“包含”或“包括”的表述将被理解为暗示包含陈述的元件但不排除任何其它元件。此外，诸如“部件”或“模块”等的术语应被理解为执行至少一个功能或操作并且可被实现为硬件、软件或它们的组合的单元。
当诸如“……中的至少一个”的表述在一列元素之后时，该表述修饰整列元素而不是修饰列中的单个元素。例如，表述“a、b和c中的至少一个”应被理解为：仅包括a、仅包括b、仅包括c、包括a和b二者、包括a和c二者、包括b和c二者、包括所有的a、b和c，或者上述示例的任何变化。
在下文中，将参照附图详细描述用于测量生物信息的设备和方法的实施例。
图1是示出根据本公开的实施例的用于测量生物信息的设备的框图。
参照图1，生物信息测量设备100包括脉搏波传感器110和处理器120。
脉搏波传感器110可包括光源111和用于从对象测量光电容积描记(PPG)信号(在下文中，被称为脉搏波信号)的检测器112。在实施例中，脉搏波传感器110可从对象测量具有多个波长的脉搏波信号。具体地讲，多个波长可包括红外波长、红色波长、绿色波长、蓝色波长等。
光源111可向对象发射光，检测器112可在从光源111发射的光从身体组织(诸如，对象的皮肤表面或血管)散射、偏转或反射时检测光。
光源111可包括发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、荧光体等。一个或多个光源111可被设置为向对象发射多个波长的光以检测多波长脉搏波信号。例如，脉搏波传感器110可包括多个光源111，其中，多个光源111可发射不同波长的光并可被放置在离检测器112不同的距离处，或者脉搏波传感器110可包括放置在离光源111不同的距离处的多个检测器112。在另一示例中，脉搏波传感器110可包括在处理器120的控制下顺序地发射不同波长的光的单个光源111，或者发射包括期望被检测到的多个波长的范围的宽波长范围中的光的单个光源111。
检测器112可包括一个或多个光电二极管、光电晶体管(PTr)、图像传感器(例如，CMOS图像传感器)等。检测器112可被设置为与多个光源111中的每个对应以检测多个波长的光。可选地，多个检测器112可被形成为响应于不同波长的光，以检测由单个光源111发射的多波长光。
在接收到对测量生物信息的请求时，处理器120可参考参考信息，以提供关于将由用户施加的参考接触压力的强度的引导信息。此外，处理器120可响应于对测量生物信息的请求来驱动脉搏波传感器110。基于预定的光源驱动条件，处理器120可顺序地驱动光源111以发射多个波长的光。具体地讲，光源驱动条件可包括多个光源111中的每个的光强度、脉冲持续时间等。
在接收到由脉搏波传感器110在特定时间检测到的多波长脉搏波信号时，处理器120可分析接收的多波长脉搏波信号，并且可获得指示对象与脉搏波传感器110之间的接触压力的转换信号。
此外，处理器120可基于接收的多波长脉搏波信号和/或转换信号来测量生物信息。具体地讲，生物信息可包括心率、收缩压、舒张压、血管年龄、动脉僵硬度、主动脉压波形、血管顺应性、应力指数、疲劳度等，但不限于此。例如，处理器120可基于多波长脉搏波信号和转换信号获得示波包络，并且可通过使用获得的示波包络测量生物信息。
图2是示出根据本公开的另一实施例的用于测量生物信息的设备的框图。
参照图2，生物信息测量设备200可包括脉搏波传感器110、处理器120、输出接口210、存储器220和通信接口230。上面参照图1描述了脉搏波传感器110和处理器120，因此将基于其他部件进行以下描述。
输出接口210可输出由脉搏波传感器110检测的多波长脉搏波信号或处理器120的处理结果(例如，生物信息的测量结果)。在这种情况下，输出接口210可通过显示器视觉地向用户提供各种类型的信息。可选地，输出接口210可通过使用扬声器、触觉马达、振动器等，经由语音、振动、触感等以非视觉方式向用户提供各种类型的信息。例如，如果测量的血压值降到预定的正常范围之外，输出接口210可通过以红色突出显示异常值来输出警告信息，或者还可使用触觉模块，经由振动和触感输出警告信息。
此外，在接收到对测量生物信息的请求时，输出接口210可在处理器120的控制下输出关于将由用户施加到脉搏波传感器110的接触压力的引导信息。引导信息可包括：在脉搏波传感器110检测脉搏波信号的同时由对象施加到脉搏波传感器110的接触压力的强度，和/或关于由处理器120提取的实际接触压力的信息。
例如，在接收到对测量生物信息的请求时，输出接口210可在处理器120的控制下，在显示器上输出预定时间段期间的时间与接触压力的曲线图，并且可在曲线上输出标识标记，其中，标识标记指示用户在每个测量点处需要施加的参考接触压力值和/或参考接触压力值的范围。例如，标识标记可包括通过连接与每个测量点的参考接触压力值对应的点形成的线、通过连接参考接触压力值的范围中的最大值形成的线或者通过连接参考接触压力值的范围中的最小值形成的线。
此外，一旦处理器120通过使用多波长脉搏波信号获得指示接触压力的转换信号，并基于转换信号获得与在每个测量时间由用户施加到脉搏波传感器110的实际接触压力对应的接触压力值，输出接口210就可在曲线图上输出在每个测量时间的获得的接触压力值。通过将参考接触压力与基于转换信号获得的接触压力进行比较，处理器120可生成用于提示用户改变施加到生物信息测量设备200的他/她的力或者接触压力的警告信息，并且输出接口210可视觉地输出生成的警告信息，或者可通过语音、振动等输出警告信息。
存储器220可存储各种类型的参考信息或脉搏波传感器110和/或处理器120的处理结果。各种类型的参考信息可包括用户信息(诸如，用户的年龄、性别、健康状况等)、参考接触压力值、参考接触压力值的范围、用于校准的参考信息(诸如，袖带压力或袖带血压)、关于测量状态的引导信息、测量生物信息所需的信息(诸如，生物信息测量模型)等。
具体地讲，存储器220可包括闪存型存储器、硬盘型存储器、多媒体卡微型存储器、卡式存储器(例如，SD存储器、XD存储器等)、随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘和光盘等中的至少一种存储介质，但不限于此。
在实施例中，在从用户接收到对校准的请求时，或者以预定的校准间隔，处理器120可校准生物信息测量模型或生物信息测量值。可选地，在测量生物信息时，处理器120可基于生物信息的测量结果确定是否执行校准。
例如，在生物信息测量值落在预定的正常范围之外的情况下，处理器120可确定执行校准。可选地，在生物信息测量值落在正常范围之外并且在预定时间段期间生物信息测量值落在正常范围之外的总次数大于或等于阈值的情况下，处理器120可确定执行校准。此外，在生物信息测量值落在正常范围之外，并且包括该值的先前生物信息测量值连续落在正常范围之外的次数大于或等于阈值的情况下，处理器120可确定执行校准。然而，这仅是示例，并且确定不限于此。处理器120还可通过考虑各种条件(诸如，关于对象和/或测量状态是否已经改变的信息、关于用户的健康状况是否已经改变的信息等)来设置用于确定校准的标准。
在确定执行校准时，处理器120可从存储器220获得用于校准的参考信息，并且可校准生物信息测量值或生物信息测量模型。用于校准的参考信息可包括实际的生物信息测量值(例如，袖带压力)、偏移值等，但不限于此。
处理器120可根据预定的标准控制通信接口230，以从外部装置250接收用于校准的参考信息。具体地讲，预定的标准可包括特定的间隔、用户的健康状况、对象的状态以及用于确定校准的上述标准等。例如，在用户的健康状况改变的情况下，和/或以特定的间隔，处理器120可控制通信接口230。可选地，在校准已被执行了预定次数或更多次的的情况下，处理器120可确定存在参考信息(诸如，参考血压等)的改变，并且可控制通信接口230获得新的参考信息。
通信接口230可在处理器120的控制下与各种外部装置250通信。外部装置250可包括信息处理装置(诸如，智能电话、平板PC、台式计算机等)。此外，外部装置250可包括用于测量生物信息的设备(诸如，可更准确地测量生物信息的袖带型血压测量设备)。然而，外部装置250不限于此。
通信接口230可使用通信技术(诸如，蓝牙通信、蓝牙低能耗(BLE)通信、近场通信(NFC)、WLAN通信、Zigbee通信、红外数据协会(IrDA)通信、Wi-Fi直连(WFD)通信、超宽带(UWB)通信、Ant+通信、WIFI通信、射频识别(RFID)通信、3G通信、4G通信、5G通信等)与外部装置250通信。然而，这仅是示例性的并不意图是限制性的。
通信接口230可在处理器120的控制下，从外部装置250接收用于校准生物信息测量值的参考信息，并且可将接收的参考信息存储在存储器220中。
图3是示出根据本公开的实施例的处理器的配置的框图。图4是说明多波长脉搏波信号、转换信号与接触压力之间的相关性的示图。图5A和图5B是说明使用示波法测量血压的示例的示图。图6A至图6C是说明测量的血压值与实际血压值之间的相关性的示图。
参照图3，处理器120包括接触压力引导器310、脉搏波信号接收器320、转换信号获得器330、包络获得器340和生物信息测量器350。
在接收到对测量生物信息的请求时，接触压力引导器310可从存储器220检索参考信息，以通过输出接口210向用户提供在测量时间期间将由用户施加到脉搏波传感器110的参考接触压力。可基于用户的性别、年龄、将与脉搏波传感器接触的用户的身体部分、待检查的身体组成或部位的状态、健康状况、生物信息测量历史等，针对每个用户预设参考接触压力。
例如，接触压力引导器310可通过输出接口210输出包括标识标记的曲线图，其中，标识标记指示参考接触压力。标识标记可指示在用户与脉搏波传感器110接触时被推荐施加的并且将与测量的接触压力值进行比较的参考接触压力值、参考接触压力值的范围(例如，参考接触压力值的最小值、最大值和/或平均值)。例如，输出接口210可在曲线图上的与每个测量时间的参考接触压力值对应的点处输出预定标记(例如，诸如圆形、正方形、箭头等的形状)。可选地，输出接口210可显示多条线，其中，每条线通过连接最小值、最大值、平均值等形成，使得可在每个测量时间容易地识别参考接触压力值的范围。然而，输出接口210不限于此，并且可以以各种形状视觉地或者通过语音等显示标识标记。
此外，一旦转换信号获得器330获得指示在每个测量时间的接触压力的转换信号，接触压力引导器310就可通过输出接口210在显示器上输出基于转换信号获得的接触压力。
脉搏波信号接收器320可接收由脉搏波传感器110检测的多波长脉搏波信号，并且可将接收的多波长脉搏波信号发送到转换信号获得器330和包络获得器340。脉搏波信号接收器320可电连接到脉搏波传感器110。
在接收到多波长脉搏波信号时，脉搏波信号接收器310可通过滤波从多波长脉搏波信号去除噪声，或者如果需要，可在将脉搏波信号发送到转换信号获得器330和包络获得器340之前对脉搏波信号进行归一化。在这种情况下，脉搏波信号接收器310可通过使每个脉搏波信号通过低通滤波器来获得每个波长的脉搏波直流(DC)信号。
在从脉搏波传感器110接收到特定点处的多波长脉搏波信号时，转换信号获得器330可获得指示在特定点处对象与脉搏波传感器110之间的接触压力的转换信号。
例如，转换信号获得器330可通过从具有红外波长IR、红色波长R和绿色波长G的脉搏波DC信号减去在特定点获得的具有蓝色波长B的脉搏波DC信号来生成差分信号，并且可通过组合生成的差分信号来提取在特定时间的接触压力。
例如，如下面的等式1所示，转换信号获得器330可通过从具有绿色波长的脉搏波信号减去具有蓝色波长的脉搏波信号来计算第一差分信号，通过从具有红色波长的脉搏波信号减去具有蓝色波长的脉搏波信号来计算第二差分信号，并且计算第一差分信号与第二差分信号之间的比率。基于计算的比率，转换信号获得器330可获得指示在每个测量时间的接触压力的转换信号。可选地，转换信号获得器330可通过将计算的比率输入到预定义的相关性模型中来获得接触压力。通过使用获得的转换信号，转换信号获得器330可获得在每个测量时间的接触压力。具体地讲，相关性模型可使用函数算法或匹配表，但不限于此。
[等式1]
Dr＝(Sg-Sb)/(Sr-Sb)
CP＝a×Dr+b
在此，Sg可表示具有绿色波长G的脉搏波DC信号的幅度，Sb可表示具有蓝色波长B的脉搏波DC信号的幅度，Sr可表示具有红色波长R的脉搏波DC信号的幅度。当存在具有参考波长的参考脉搏信号时，Dr可表示差分信号之间的比率，例如，Dr可被表示为第一波长的第一脉搏信号(例如，具有绿色波长G的Sg)与参考脉搏信号(例如，具有蓝色波长B的Sb)之间的幅度差(例如，Sg-Sb)与第二波长的第二脉搏信号(例如，具有红色波长R的Sr)与参考脉搏信号(例如，具有蓝色波长B的Sb)之间的幅度差(例如，Sr-Sb)之间的比率。CP可表示接触压力。a和b可表示定义差分信号的比率与接触压力之间的相关性的预定常数。
图4是说明每个波长的脉搏波信号和转换信号与接触压力之间的相关性的示图。为了将由用户施加的实际接触压力与在本公开的实施例中获得的转换信号进行比较，图4示出了具有红色波长R、绿色波长G和蓝色波长B的脉搏波信号、实际接触压力和转换信号，其中，具有红色波长R、绿色波长G和蓝色波长B的脉搏波信号通过包括接触压力传感器的装置在预定时间段期间从对象测量，实际接触压力由接触压力传感器测量，转换信号指示接触压力并且通过以上方法使用具有多个波长R、G和B的脉搏波信号获得。在此，相关性模型使用在每个测量时间的差分信号的强度与实际接触压力之间的相关性。
如图4中所示，在使用多波长脉搏波信号获得的指示接触压力的转换信号与使用接触压力传感器测量的实际接触压力之间存在高的相关性。因此，在本公开的实施例中，可基于使用多波长脉搏波信号的转换信号获得与用户的实际接触压力值类似的接触压力值，使得生物信息可被准确地测量。此外，不需要单独的接触压力传感器(例如，力传感器或面积传感器)，使得设备可以以紧凑的尺寸被制造。
包络获得器340可通过使用多波长脉搏波信号和转换信号来获得示波包络。包络获得器340可根据预定的标准，从多波长脉搏波信号选择一个或多个脉搏波信号，并且可通过使用选择的脉搏波信号和转换信号来获得示波包络。具体地讲，预定的标准可包括以下项中的至少一个：多波长脉搏波信号中的每个的最大幅度值、多波长脉搏波信号中的每个的平均幅度值以及最大幅度值与最小幅度值之间的差。然而，包络获得器340不限于此，并且可从多波长脉搏波信号之中选择具有预定的特定波长的脉搏波信号。
例如，包络获得器340可选择具有最大幅度值与最小幅度值之间的最大的差的脉搏波信号。在选择任何一个脉搏波信号时，包络获得器340可提取在选择的脉搏波信号的每个测量时间的峰-峰幅度(peak-to-peak amplitude)，并且可基于与每个测量时间对应的转换信号的值(即，接触压力值)和峰-峰幅度来获得示波包络，其中，示波包络表示在每个测量时间的接触压力与脉搏波信号幅度之间的关系。
参照图5A，包络获得器340可通过在选择的脉搏波信号的每个测量时间从波形包络in1的正(+)点的幅度值in2减去负(-)点的幅度值in3来提取峰-峰幅度。然后，如图5B中所示，包络获得器340可基于在每个测量时间的转换信号的接触压力值和峰-峰幅度来获得示波包络OW。在此，“测量时间”表示用于测量脉搏波信号的相邻的正(+)点与负(-)点的时间。
在另一示例中，包络获得器340可根据预定的标准选择两个或更多个脉搏波信号。例如，包络获得器340可选择具有相对长的波长(例如，红外波长)的脉搏波信号和具有相对短的波长(例如，绿色波长)的的脉搏波信号，并且如上所述，可从具有相对长的波长的脉搏波信号减去具有相对短的波长的脉搏波信号，以通过使用差分信号获得示波包络。具体地讲，包络获得器340可对脉搏波信号中的每个执行二次微分(secondarydifferentiation)，并且可通过从具有长波长的微分信号减去具有短波长的微分信号来获得差分信号。
在另一示例中，包络获得器340可通过使用多波长脉搏波信号中的至少一些或所有的多波长脉搏波信号来获得示波包络。例如，包络获得器340可通过使用每个脉搏波信号和转换信号来获得每个示波包络，并且可通过将获得的每个示波包络输入到如由下面的等式2表示的预设的线性函数或组合模型中来获得一个组合的示波包络。在这种情况下，可如上所述获得每个示波包络。
[等式2]
ftotal＝c1f1+c2f2+c3f3
在此，f1、f2和f3各自表示不同波长的脉搏波信号的示波包络；c1、c2和c3表示针对每个示波包络的系数；ftotal表示组合的示波包络，其中，针对每个示波包络的系数c1、c2和c3可通过基于将被应用的设备的类型、将被检查的部位、设备的尺寸、每个光发射器的光强度、波长带、用户的健康状况等进行预处理来预先计算，但系数不限于此。
在本公开的一个实施例中，包络获得器340可被设置在处理器120外部，并且可被实施为用于捕获多波长脉搏波信号的幅度并且提供多波长脉搏波信号的包络作为输出的包络检测器。包络检测器可包括通过使用二极管将电容器充电到多波长脉搏波信号的峰值电压的整流器。
生物信息测量器350可通过使用由包络获得器340获得的示波包络来测量生物信息。生物信息测量器350可从示波包络提取一个或多个特征，并且可通过使用提取的特征来测量生物信息。
参照图5B，生物信息测量器350可提取示波包络OW的最大峰值的幅度值MA和接触压力值MP以及位于最大峰值的接触压力值MP的右侧和左侧并且与最大峰值点的幅度值MA的预定比例(例如，0.5至0.7)对应的接触压力值SP和DP等作为特征值。生物信息测量器350可通过使用提取的特征值来测量生物信息。
例如，当测量血压时，生物信息测量器350可将示波包络OW的最大峰值的接触压力值MP计算为平均动脉压(MAP)。此外，生物信息测量器350可将位于最大峰值的接触压力值MP的右侧并且与最大峰值点的幅度值MA的预定比例对应的接触压力值SP计算为收缩压(SBP)；并且可将位于最大峰值的接触压力值MP的左侧并且与最大峰值点的幅度值MA的预定比例对应的接触压力值DP计算为舒张压(DBP)。
可选地，在从示波包络提取一个或多个特征时，生物信息测量器350可通过使用如由下面的等式3表示的预定义的测量模型来测量生物信息。
[等式3]
y＝ax+b
在此，y表示将要获得的生物信息值(例如，舒张压(DBP)、收缩压(SBP)、平均动脉压(MAP)等)；x表示提取的特征值；a和b表示通过预处理获得的预先计算的值，并且可根据将要获得的生物信息的类型(例如，舒张压(DBP)、收缩压(SBP)、平均动脉压(MAP))而不同地定义。然而，等式不限于此，并且可以以血压值被映射到特征值的映射表的形式预定义。
图6A至图6C是示出由生物信息测量器350使用示波包络测量的收缩压(SBP)、舒张压(DBP)和平均动脉压(MAP)的测量值与由血压测量设备(诸如，袖带血压计)测量的收缩压(SBP)、舒张压(DBP)和平均动脉压(MAP)的参考值之间的相关性的曲线图。这里，R表示相关性系数。在在此示出的实施例中，即使不使用用于测量实际接触压力的传感器，也可准确地测量生物信息。
图7是示出根据本公开的实施例的测量生物信息的方法的流程图。
图7的方法可以是由根据图1的实施例的生物信息测量设备100和图2的实施例的生物信息测量设备200执行的生物信息测量方法的示例，下面将对其进行简要描述以避免重复。
在操作710中，生物信息测量设备100、200可接收对测量生物信息的请求。对测量生物信息的请求可从用户或者与生物信息测量设备100、200通信的外部装置输入。然而，对测量生物信息的请求不限于此，并且可以以预定的间隔自动确定接收对测量生物信息的请求。在接收到对测量生物信息的请求时，生物信息估计设备100、200可向用户提供关于将由用户施加的接触压力的引导信息。
在操作720中，生物信息测量设备100、200可控制脉搏波传感器从对象检测多波长脉搏波信号。具体地讲，多个波长可包括红外波长、绿色波长、红色波长、蓝色波长等，但不限于此。脉搏波传感器可包括用于发射多个波长的光的一个或多个光源。例如，脉搏波传感器可包括被配置为发射多个波长的光的单个光源；或者脉搏波传感器可包括多个光源，每个光源被配置为发射不同波长的光。此外，脉搏波传感器可包括一个或多个检测器。
当在操作720中检测到多波长脉搏波信号时，在操作730中，生物信息测量设备100、200可基于检测的多波长脉搏波信号获得转换信号。例如，生物信息测量设备100、200可通过组合检测到的多波长脉搏波信号之中的两个或更多个脉搏波信号，获得指示脉搏波传感器与对象之间的接触压力的转换信号。例如，生物信息测量设备100、200可通过使多波长脉搏波信号通过低通滤波器(LPF)来生成每个波长的脉搏波DC信号，并且可通过组合两个或更多个生成的每个波长的脉搏波DC信号来获得转换信号。具体地讲，生物信息测量设备100、200可通过从具有除蓝色波长之外的波长的脉搏波DC信号减去具有蓝色波长的脉搏波DC信号来生成差分信号，并且可基于生成的差分信号的比率获得转换信号。
在操作740中，生物信息测量设备100、200可基于多波长脉搏波信号和获得的转换信号来获得示波包络。例如，生物信息测量设备100、200可对脉搏波信号执行二次微分，可使用微分信号的波形包络，通过从在每个测量时间的微分信号的波形的正(+)点的幅度值减去负(-)点的幅度值，来提取峰-峰幅度，并且可基于接触压力值和峰-峰幅度来获得示波包络。
然后，在操作750中，生物信息测量设备100、200可基于获得的示波包络测量生物信息。例如，生物信息测量设备100、200可从示波包络提取一个或多个特征，并且可通过使用提取的特征来测量生物信息(诸如，血压)。生物信息测量设备100、200可提取示波包络的最大峰值的幅度值或接触压力值、位于最大峰值的接触压力值的左侧和右侧并且与最大峰值的幅度值的预定比率(例如，0.5至0.7)对应的接触压力值等作为特征值。生物信息测量设备100、200可通过使用提取的特征值来测生物信息(诸如，血压)。
随后，在操作760中，生物信息测量设备100、200可输出生物信息的测量结果。例如，生物信息测量设备100、200可通过显示器视觉地向用户提供生物信息的测量结果、提取的接触压力值信息等。可选地，生物信息测量设备100、200可通过语音、振动、触感等以非视觉方式向用户提供警告信息。
图8是示出根据本公开的另一实施例的测量生物信息的方法的流程图。
图8的方法可以是由图2的生物信息测量设备200执行的生物信息测量方法的示例。
当在操作810中接收到对测量生物信息的请求时，在操作820中，生物信息测量设备200可控制脉搏波传感器从对象检测多波长脉搏波信号。在这种情况下，多个波长可包括红外波长、绿色波长、红色波长、蓝色波长等，脉搏波传感器可包括用于发射多个波长的光的一个或多个光源。
然后，当在操作820中检测到多波长脉搏波信号时，在操作830中，生物信息测量设备200可基于检测的多波长脉搏波信号获得转换信号。例如，生物信息测量设备200可通过对多波长脉搏波信号进行滤波来生成脉搏波DC信号，并且可通过组合两个或更多个生成的脉搏波DC信号来获得转换信号。
随后，生物信息测量设备200可在操作840中基于多波长脉搏波信号和获得的转换信号获得示波包络，并可在操作850中基于获得的示波包络来测量生物信息。例如，生物信息测量设备200可从示波包络提取一个或多个特征，并且可通过使用提取的特征来测量生物信息(诸如，血压)。
接下来，在操作860中，生物信息测量设备200可确定是否校准测量的生物信息值。例如，生物信息测量设备200可基于用于确定校准的预定标准来确定是否校准测量的生物信息值，其中，使用生物信息测量值的正常范围、生物信息测量值连续落在正常范围之外的次数、在预定时间段期间生物信息测量值落在正常范围之外的总次数、对象的状态改变、用户的健康状况等中的一个或者两个或更多个的组合来获得用于确定校准的预定标准。
然后，当在操作860中确定执行校准时，在操作880中，生物信息测量设备200可基于用于校准的参考信息来校准生物信息。在这种情况下，响应于预定标准被满足，生物信息测量设备200可在操作870中在执行校准之前与外部装置通信，以从外部装置接收用于校准的参考信息，并且可在操作880中通过使用接收的参考信息来校准生物信息测量值。在操作890中，生物信息测量设备200可输出校准的生物信息测量值。
相反，当在操作860中确定不需要校准时，生物信息测量设备200可在操作890中输出在操作850中测量的生物信息测量值。
图9是示出应用用于测量生物信息的设备的可穿戴装置的示图。上述用于测量生物信息的设备的各种实施例可安装在如图9中所示的佩戴在手腕上的智能手表或智能带式可穿戴装置中。然而，可穿戴装置仅是为了便于说明的示例，并且不应被解释为实施例的应用限于智能手表或智能带式可穿戴装置。
参照图9，可穿戴装置900包括主体910和带930。
带930可以是柔性的，并且可连接到主体910的两端以围绕用户的手腕弯曲，或者可以以允许带930从用户的手腕拆卸的方式弯曲。可选地，带930可被形成为不可拆卸的带。在这种情况下，空气可被注入带930中，或者气囊可被包括在带930中，使得带930可具有根据施加到手腕的压力的变化的弹性，并且手腕的压力的变化可被传递到主体910。
向可穿戴装置900供电的电池可被嵌入主体910或带930中。
此外，可穿戴装置900可包括脉搏波传感器920和处理器120，其中，脉搏波传感器920从对象测量脉搏波信号和接触压力信号，处理器120通过使用由脉搏波传感器920测量的脉搏波信号和接触压力信号来测量用户的生物信息。
脉搏波传感器920可安装在主体910的底部(即，被暴露以与对象(例如，用户的手腕)接触的部分)，以从对象测量脉搏波信号。脉搏波传感器920可包括向对象发射光的一个或多个光源。具体地讲，每个光源可发射不同波长的光。此外，脉搏波传感器920可包括检测从对象发出的光的一个或多个检测器。一个或多个光源可被放置在离检测器不同的距离处。
响应于用户的对测量生物信息的请求，处理器120可生成控制信号以控制脉搏波传感器920，并且可通过使用由脉搏波传感器920测量的多波长脉搏波信号，获得指示接触压力的转换信号。
处理器120可通过使用多波长脉搏波信号和转换信号来获得示波包络，并且可基于获得的示波包络来测量生物信息(诸如，血压)，这些在上面被描述，因此将省略它们的详细描述。
在从用户接收到对测量生物信息的请求时，处理器120可通过显示器向用户提供关于接触压力的指导信息，使得用户可向主体910施加压力以改变脉搏波传感器920与对象之间的接触压力。
显示器可安装在主体910的前表面上，并且可视觉地输出关于接触压力的引导信息和/或生物信息的测量结果。
处理器120可管理存储装置中的生物信息的测量结果(例如，测量的血压值、血压历史信息、用于测量每个血压值的脉搏波信号和接触压力信号以及包括提取的特征的各种类型的信息等)。此外，处理器120还可生成为了向用户提供健康护理所需的信息(诸如，与测量的生物信息值相关联的警报或警告信息、健康状况改变趋势等)，并且可管理存储装置中的生成的信息。
此外，可穿戴装置900可包括接收用户的控制命令并将接收的控制命令发送到处理器120的操纵器940。操纵器940可安装在主体910的侧表面上，并且可包括用于输入打开/关闭可穿戴装置900的命令的功能。
此外，可穿戴装置900可包括用于将各种数据发送到外部装置250和从外部装置250接收各种数据的通信接口230，以及用于执行由可穿戴装置900提供的附加功能的各种其他模块。
图10A和图10B是示出应用用于测量生物信息的设备的智能装置的示图。
图10A和图10B是示出应用用于测量生物信息的设备的实施例的智能装置的示图。智能装置的示例可包括智能手机、平板PC等。
参照图10A和图10B，智能装置1000包括主体1010和安装在主体1010的后表面上以暴露于外部的脉搏波传感器1030。在这种情况下，脉搏波传感器1030可包括一个或多个光源1031和一个或多个检测器1032。光源1031中的每个可包括发光二极管(LED)等，并且光源1031中的至少一些可被配置为发射不同波长的光。检测器1032中的每个可包括光电二极管、光电晶体管等。
此外，显示器1040可安装在主体1010的前表面上。显示器1040可视觉地输出关于接触压力的引导信息、生物信息的测量结果等。
例如，当用户用对象OBJ触摸脉搏波传感器1030以测量生物信息时，显示器1040可在预定区域GA上输出标识标记SP，其中，标识标记SP指示在脉搏波信号被测量的同时将由用户的对象OBJ施加的参考接触压力。
此外，一旦处理器120通过使用多波长脉搏波信号获得指示接触压力的转换信号，显示器1040就可输出指示在每个测量时间的接触压力的标识标记AP。在这种情况下，显示器1040可以以不同的颜色等显示参考接触压力和基于转换信号获得的接触压力，使得用户可容易地区分参考接触压力和接触压力。另外，一旦处理器120通过将在每个测量时间的参考接触压力与基于转换信号获得的接触压力进行比较，确定接触状态不正常，显示器1040就可输出指示接触状态不正常的点的标识标记，或者可输出用于改变接触状态的警告消息等，但不限于此。
此外，图像传感器1020可安装在主体1010中。当对象(例如，手指)接近脉搏波传感器1030以测量脉搏波信号时，图像传感器1020可捕获手指的图像并且可将捕获的图像发送到处理器120。在这种情况下，基于手指的图像，处理器120可识别手指相对于脉搏波传感器1030的实际位置的相对位置，并且可通过显示器1040向用户提供手指的相对位置，使得脉搏波信号可以以提高的准确度被测量。
用于执行上述用于测量生物信息的设备的许多实施例的各种其他模块可安装在智能装置1000中，并且将省略它们的详细描述。
尽管不限于此，但是示例实施例可被实现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质是能够存储其后可由计算机系统读取的数据的任何数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可分布在联网的计算机系统上，使得计算机可读代码以分布的方式被存储和执行。此外，示例实施例可被编写为通过计算机可读传输介质(诸如，载波)传输并在执行程序的通用或专用数字计算机中被接收和实现的计算机程序。此外，应理解，在示例实施例中，上述设备和装置的一个或多个单元可包括电路、处理器、微处理器等，并且可执行存储在计算机可读介质中的计算机程序。
前述示例性实施例仅是示例性的，并且不被解释为限制。本教导可容易地应用于其他类型的设备。此外，示例性实施例的描述意图是说明性的，而不限制权利要求的范围，并且许多替代物、修改和变化对于本领域技术人员来说将是清楚的。

Claims (23)

1.一种用于测量生物信息的设备，所述设备包括：
脉搏波传感器，被配置为：向对象发射多个波长的光，并且当所述光从对象反射或散射时，检测所述光以获得多波长脉搏波信号；以及
处理器，被配置为：
基于多波长脉搏波信号，获得指示对象与脉搏波传感器之间的接触压力的转换信号，
基于多波长脉搏波信号和转换信号，获得示波包络，以及
基于示波包络获得生物信息。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，脉搏波传感器包括：
一个或多个光源，被配置为：向对象发射所述多个波长的光；以及
一个或多个检测器，被配置为：当所述多个波长的光从对象反射或散射时检测所述光。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述一个或多个检测器被放置在离所述一个或多个光源不同的距离处。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，处理器还被配置为：获得多波长脉搏波信号之间的差分信号，并且基于差分信号获得转换信号。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，处理器还被配置为：基于相关性模型获得与差分信号对应的转换信号，其中，相关性模型使用在每个测量时间的差分信号的强度与实际接触压力之间的相关性。
6.根据权利要求4所述的设备，其中，多波长脉搏波信号包括具有蓝色波长的脉搏波信号，
处理器还被配置为：通过从具有除了蓝色波长以外的波长的脉搏波信号减去具有蓝色波长的脉搏波信号，获得差分信号。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，多波长脉搏波信号包括：具有蓝色波长的脉搏波信号、具有绿色波长的脉搏波信号和具有红色波长的脉搏波信号，
处理器还被配置为：通过从具有绿色波长的脉搏波信号减去具有蓝色波长的脉搏波信号获得第一差分信号，通过从具有红色波长的脉搏波信号减去具有蓝色波长的脉搏波信号获得第二差分信号，并且基于第一差分信号与第二差分信号之间的比率获得转换信号。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，处理器还被配置为：
基于以下项中的至少一个从多波长脉搏波信号选择一个或多个脉搏波信号：多波长脉搏波信号中的每个的最大幅度值、多波长脉搏波信号中的每个的平均幅度值、以及多波长脉搏波信号中的每个的最大幅度值与最小幅度值之间的差；以及
基于选择的一个或多个脉搏波信号和转换信号，获得示波包络。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，处理器还被配置为：
从多波长脉搏波信号选择第一脉搏波信号和具有长于第一脉搏波信号的波长的波长的第二脉搏波信号；
通过从第二脉搏波信号减去第一脉搏波信号获得差分信号；以及
基于差分信号和转换信号获得示波包络。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，处理器还被配置为：
从多波长脉搏波信号选择多个脉搏波信号；
使用选择的脉搏波信号中的每个和转换信号获得示波包络；以及
通过组合从选择的脉搏波信号中的每个获得的示波包络，获得组合的示波包络。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，处理器还被配置为：
从多波长脉搏波信号选择脉搏波信号；
提取在选择的脉搏波信号的每个测量时间的峰-峰幅度；以及
基于与每个测量时间对应的转换信号的值和提取的峰-峰幅度，获得示波包络。
12.根据权利要求1所述的设备，其中，处理器还被配置为：提取以下项中的至少一个作为特征：示波包络的最大峰值的幅度值和接触压力值、以及与最大峰值的幅度值的预定比例对应的接触压力值。
13.根据权利要求1所述的设备，其中，生物信息包括以下项中的至少一个：心率、血压、血管年龄、动脉僵硬度、主动脉压波形、血管顺应性、应力指数和疲劳度。
14.根据权利要求1所述的设备，还包括：输出接口，被配置为：基于接收到对测量生物信息的请求，输出关于将由用户施加到脉搏波传感器的参考接触压力的信息。
15.根据权利要求1所述的设备，还包括：输出接口，被配置为：基于转换信号，输出关于由用户施加到脉搏波传感器的测量的接触压力的信息。
16.一种存储程序的计算机可读存储介质，其中，当所述程序被处理器执行时，使处理器执行处理，所述处理包括：
使脉搏波传感器向对象发射多个波长的光；
当所述光从对象反射或散射时，使脉搏波传感器检测所述光以获得多波长脉搏波信号；
基于多波长脉搏波信号，获得指示对象与脉搏波传感器之间的接触压力的转换信号；
基于多波长脉搏波信号和转换信号，获得示波包络；以及
基于示波包络获得生物信息。
17.根据权利要求16所述的计算机可读存储介质，其中，获得转换信号的步骤包括：获得多波长脉搏波信号之间的差分信号，并基于差分信号获得转换信号。
18.根据权利要求17所述的计算机可读存储介质，其中，多波长脉搏波信号包括具有蓝色波长的脉搏波信号，
其中，获得转换信号的步骤包括：通过从具有除了蓝色波长以外的波长的脉搏波信号减去具有蓝色波长的脉搏波信号，获得差分信号。
19.根据权利要求16所述的计算机可读存储介质，其中，多波长脉搏波信号包括具有蓝色波长的脉搏波信号、具有绿色波长的脉搏波信号和具有红色波长的脉搏波信号，
其中，获得转换信号的步骤包括：
通过从具有绿色波长的脉搏波信号减去具有蓝色波长的脉搏波信号获得第一差分信号，通过从具有红色波长的脉搏波信号减去具有蓝色波长的脉搏波信号获得第二差分信号；以及
基于第一差分信号与第二差分信号之间的比率获得转换信号。
20.根据权利要求16所述的计算机可读存储介质，其中，获得示波包络的步骤包括：
基于以下项中的至少一个从多波长脉搏波信号选择一个或多个脉搏波信号：多波长脉搏波信号中的每个的最大幅度值、多波长脉搏波信号中的每个的平均幅度值、以及多波长脉搏波信号中的每个的最大幅度值与最小幅度值之间的差；以及
基于选择的一个或多个脉搏波信号和转换信号，获得示波包络。
21.根据权利要求16所述的计算机可读存储介质，其中，获得示波包络的步骤包括：
从多波长脉搏波信号选择第一脉搏波信号和具有长于第一脉搏波信号的波长的波长的第二脉搏波信号；
通过从第二脉搏波信号减去第一脉搏波信号获得差分信号；以及
基于差分信号和转换信号获得示波包络。
22.根据权利要求16所述的计算机可读存储介质，其中，获得示波包络的步骤包括：
从多波长脉搏波信号选择多个脉搏波信号；
使用选择的脉搏波信号中的每个和转换信号获得示波包络，以及
通过组合从选择的脉搏波信号中的每个获得的示波包络，获得组合的示波包络。
23.根据权利要求16所述的计算机可读存储介质，其中，获得生物信息的步骤包括：提取以下项中的至少一个作为特征：示波包络的最大峰值的幅度值和接触压力值，以及与最大峰值的幅度值的预定比例对应的接触压力值。
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