CN111417338B - 使用多个传感器的心血管监测 - Google Patents

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Abstract

一种心血管监测系统，包括被配置为耦接到对象的第一身体部位的第一监测设备和被配置为耦接到对象的第二身体部位的第二监测设备。第一监测设备被配置为测量第一身体部位处的第一心血管信号和第一运动信号，并且第二监测设备被配置为测量第二身体部位处的第二心血管信号和第二运动信号。系统的控制器接收第一心血管信号和第二心血管信号以及第一运动信号和第二运动信号，并通过去除与第一运动信号和第二运动信号的频谱分量相对应的频谱分量来过滤第一心血管信号和第二心血管信号。基于存在于经过滤的第一心血管信号和第二心血管信号两者中的相关频谱分量，系统确定对象的心血管信息。

Description

使用多个传感器的心血管监测
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年11月29日提交的美国专利申请号15/825,234的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及使用多个传感器的心血管监测。
背景技术
除非在此另有指示，否则本部分中描述的材料不是本申请中的权利要求的现有技术，并且不因通过包含在本部分中而被承认为现有技术。
可以使用光电容积描记(photoplethysmographic，PPG)传感器来确定人的心率。这种传感器通常包括一个或多个光源和一个或多个检测器。在使用期间，一个或多个光源可以照明人的皮肤的一部分。流经皮肤的被照明部分内的血管的血液反射一部分发射光，一个或多个检测器可以在非零时间段内检测到该部分发射光，从而提供PPG信号。因此，可以从PPG信号中确定脉搏率或心率，因为检测到的光的强度的改变与人的心脏泵血导致的流经照明区域的血流改变有关。
发明内容
本发明涉及心血管监测系统和相关方法，特别是使用多个传感器过滤掉不想要的信号的心血管监测系统。
在一个方面，提供了一种系统，包括被配置为耦接到对象的第一身体部位的第一监测设备，其中第一监测设备被配置为测量第一身体部位处的第一心血管信号和第一运动信号，以及被配置为耦接到对象的第二身体部位的第二监测设备，其中第二监测设备被配置为测量第二身体部位处的第二心血管信号和第二运动信号。该系统还包括控制器，该控制器被配置为(i)从第一监测设备和第二监测设备接收第一心血管信号和第二心血管信号以及第一运动信号和第二运动信号，(ii)通过去除与第一运动信号的一个或多个频谱分量相对应的第一心血管信号的一个或多个频谱分量来过滤第一心血管信号，(iii)通过去除与第二运动信号的一个或多个频谱分量相对应的第二心血管信号的一个或多个频谱分量来过滤第二心血管信号，(iv)识别存在于经过滤的第一心血管信号和经过滤的第二心血管信号两者中的相关频谱分量，以及(v)基于相关频谱分量来确定对象的心血管信息。
在另一方面，提供了一种方法，包括以下步骤：(i)从耦接到对象的第一身体部位的第一监测设备接收指示在第一身体部位处获得的一个或多个测量的第一心血管信号和第一运动信号，(ii)从耦接到对象的第二身体部位的第二监测设备接收指示在第二身体部位处获得的一个或多个测量的第二心血管信号和第二运动信号，(iii)通过去除与第一运动信号的一个或多个频谱分量相对应的第一心血管信号的一个或多个频谱分量来过滤第一心血管信号，(iv)通过去除与第二运动信号的一个或多个频谱分量相对应的第二心血管信号的一个或多个频谱分量来过滤第二心血管信号，(v)识别存在于经过滤的第一心血管信号和经过滤的第二心血管信号两者中的相关频谱分量，以及(vi)基于相关频谱分量来确定对象的心血管信息。
在又一方面，提供了一种系统，包括被配置为耦接到对象的第一身体部位的第一监测设备，其中第一监测设备被配置为测量第一身体部位处的第一心血管信号和第一运动信号，以及被配置为耦接到对象的第二身体部位的第二监测设备，其中第二监测设备被配置为测量第二身体部位处的第二心血管信号和第二运动信号。该系统还包括控制器，该控制器被配置为(i)从第一监测设备和第二监测设备接收第一心血管信号和第二心血管信号以及第一运动信号和第二运动信号，(ii)组合所接收的第一心血管信号和第二心血管信号，(iii)通过去除与第一运动信号和第二运动信号的一个或多个频谱分量相对应的所组合的心血管信号的一个或多个频谱分量来过滤所组合的心血管信号，以及(iv)基于经过滤的组合的心血管信号的剩余频谱分量来确定对象的心血管信息。
在又一方面，提供了一种系统，包括被配置为耦接到对象的第一身体部位的第一监测设备，其中第一监测设备包括用于测量第一身体部位处的第一心血管信号和第一运动信号的装置，以及被配置为耦接到对象的第二身体部位的第二监测设备，其中第二监测设备包括用于测量第二身体部位处的第二心血管信号和第二运动信号的装置。该系统还包括装置，用于(i)从第一监测设备和第二监测设备接收第一心血管信号和第二心血管信号以及第一运动信号和第二运动信号，(ii)通过去除与第一运动信号的一个或多个频谱分量相对应的第一心血管信号的一个或多个频谱分量来过滤第一心血管信号的，(iii)通过去除与第二运动信号的一个或多个频谱分量相对应的第二心血管信号的一个或多个频谱分量来过滤第二心血管信号，(iv)识别存在于经过滤的第一心血管信号和经过滤的第二心血管信号两者中的相关频谱分量，以及(v)基于相关频谱分量来确定对象的心血管信息。
在又一方面，提供了一种系统，包括被配置为耦接到对象的第一身体部位的第一监测设备，其中第一监测设备包括用于测量第一身体部位处的第一心血管信号和第一运动信号的装置，以及被配置为耦接到对象的第二身体部位的第二监测设备，其中第二监测设备包括用于测量第二身体部位处的第二心血管信号和第二运动信号的装置。该系统还包括装置，用于(i)从第一监测设备和第二监测设备接收第一心血管信号和第二心血管信号以及第一运动信号和第二运动信号，(ii)组合接收的第一心血管信号和第二心血管信号，(iii)通过去除与第一运动信号和第二运动信号的一个或多个频谱分量相对应的所组合的心血管信号的一个或多个频谱分量来过滤所组合的心血管信号，以及(iv)基于经过滤的组合的心血管信号的剩余频谱分量来确定对象的心血管信息。
通过阅读以下详细描述，并参考适当的附图，这些以及其他方面、优点和替代方案对于本领域普通技术人员来说将变得显而易见。
附图说明
图1是根据示例实施例的心血管监测系统的简化框图。
图2A示出了根据示例实施例的手腕可安装设备。
图2B示出了根据示例实施例的图2A中所示的手腕可安装设备。
图3示出了根据示例实施例的耳朵可安装设备。
图4A是根据示例实施例的第一光电容积描记信号的曲线图。
图4B是根据示例实施例的第一光电容积描记信号的频谱曲线图。
图4C是根据示例实施例的第一运动信号的曲线图。
图4D是根据示例实施例的第一运动信号的频谱曲线图。
图4E是根据示例实施例的过滤后的第一光电容积描记信号的频谱曲线图。
图5A是根据示例实施例的第二光电容积描记信号的曲线图。
图5B是根据示例实施例的第二光电容积描记信号的频谱曲线图。
图5C是根据示例实施例的第二运动信号的曲线图。
图5D是根据示例实施例的第二运动信号的频谱曲线图。
图5E是根据示例实施例的过滤后的第二光电容积描记信号的频谱曲线图。
图6是根据示例实施例的方法的流程图。
图7是根据示例实施例的另一方法的流程图。
具体实施方式
以下详细描述参考附图描述了所公开的系统和方法的各种特征和功能。在附图中，除非上下文另有规定，相似的符号通常标识相似的组件。在此描述的说明性系统和方法实施例并不意味着是限制性的。容易理解的是，所公开的系统和方法的某些方面可以以各种不同的配置来布置和组合，所有这些都在本文中被预期。
I.概观
心血管监测设备可以收集与对象的心血管功能相关的数据。这种数据可以包括与脉搏、血流、血压和/或心血管功能的其他指标相关的数据。例如，心血管监测设备可以包括一个或多个光电容积描记(PPG)传感器，其收集与对象的心脏泵血时的身体部位的血容量的改变相关的数据。
心血管监测设备可以耦接到对象的身体的不同部位，以便收集这种数据。在数据收集期间的身体部位的运动会将运动相关的伪影引入到收集的数据中。换句话说，除了收集与对象的心血管功能相关的数据之外，心血管监测设备还检测由设备耦接到的身体部位的运动导致的信号。运动相关的伪影可能会模糊、扭曲或曲解实际的心血管数据。
有利的是，示例系统可以处理收集的数据以去除或最小化运动相关的伪影，允许基于收集的数据更准确地评估心血管功能。具体地，示例系统可以同时从多个监测设备收集数据。例如，监测设备可以耦接到不同的身体部位，并且每个监测设备可以测量它们相应的身体部位处的心血管信号和运动信号。每个监测设备可以过滤其测量的心血管信号，以去除其测量的运动信号的一个或多个频谱分量。这可以去除每个相应心血管信号中的一些或所有运动相关的伪影，同时保持与对象的心率相关联的频谱分量不变。因此，因为每个经过滤的心血管信号包括与对象的心率相对应的频谱分量，所以对象的心率可以通过识别存在于所有经过滤的心血管信号中的频谱分量来确定。
II.示例心血管监测系统和设备
图1是心血管监测系统100的简化框图。系统100可以包括第一监测设备110、第二监测设备120、一个或多个控制器130、一个或多个用户界面140以及一个或多个通信系统150，该一个或多个通信系统150用于在系统100的组件之间和/或向另一系统(诸如远程服务器、云计算系统或一些其他计算设备)发送数据。
第一监测设备110可以是被配置为测量穿戴该设备的人的皮下脉管系统(或一些其他组织或细胞)的一部分中的血液的心血管脉搏率的可穿戴设备。在本公开中使用的术语“可穿戴设备”是指能够被穿戴在身体(诸如手腕、脚踝、腰部、胸部或其他身体部位)表面处、身体表面上或身体表面附近的任何设备。为了从身体的外部以非侵入的方式进行体内测量，可穿戴设备可以位于身体的一部分上，在该部分上可以观察到皮下脉管系统或包含脉动血流的一些其他组织。该设备可以放置在非常接近皮肤或组织的地方，但是不需要与皮肤或组织接触或紧密接触。
第一监测设备110包括脉搏率检测器112。脉搏率检测器112可以采用PPG系统的形式，并且可以包括光源114和光传感器116。光源114可以向对象的皮下脉管系统的一部分发射照明，并且光传感器116可以响应于从光源114发射的照明来检测从皮下脉管系统的一部分发射的光的一个或多个属性。在非穷举列表中，光传感器116可以包括以下中的一个或多个：光电二极管、光电晶体管、光敏电阻、有源像素传感器、CCD、相机、光谱仪、干涉仪或被配置为检测发射的光的一个或多个属性的一些其他光敏元件。
第一监测设备110还包括一个或多个运动传感器118，用于测量第一监测设备110的运动。(多个)运动传感器118可以被配置为基于第一监测设备110的运动输出一个或多个信号。例如，(多个)运动传感器118可以包括一个或多个加速度计、惯性测量单元(inertialmeasurement unit，IMU)等。
第二监测设备120也可以是被配置为测量穿戴该设备的人的心血管脉搏率的可穿戴设备，并且第二监测设备120可以由同一个人与第一监测设备110同时地穿戴。例如，第二监测设备120可以由人穿戴在与第一监测设备110不同的身体部位处或身体部位上。
类似于第一监测设备110，第二监测设备120还包括脉搏率检测器122和一个或多个运动传感器128。第二监测设备120的脉搏率检测器122和(多个)运动传感器128可以以与第一监测设备110的脉搏率检测器112和(多个)运动传感器118相同或相似的方式操作。这样，第二监测设备120的脉搏率检测器122可以采用PPG系统的形式，并且可以包括光源124和光传感器126，其中该光源124被配置为将照明发射到对象的皮下脉管系统的一部分中，并且该光传感器126被配置为检测从光源124发射的光的一个或多个属性。并且(多个)运动传感器128可以包括一个或多个加速度计或IMU，其被配置为基于第二监测设备120的运动输出一个或多个信号。
如上所述，系统100包括一个或多个控制器130。(多个)控制器130包括一个或多个处理器132，其可以包括或采取中央处理单元(central processing unit，CPU)的形式，诸如一个或多个通用处理器和/或一个或多个专用处理器(例如专用集成电路(applicationspecific integrated circuit，ASIC)或数字信号处理器(digital signal processor，DSP)等)。(多个)控制器130还包括数据存储装置134，数据存储装置134可以包括可由(多个)处理器132读取或访问的一个或多个非暂时性计算机可读存储介质或采取其形式。一个或多个计算机可读存储介质可以包括易失性和/或非易失性存储组件，诸如光、磁、有机或其他存储器或盘存储装置。在一些实施例中，数据存储装置134可以使用单个物理设备(例如，一个光、磁、有机或其他存储器或盘存储单元)来实现，而在其他实施例中，数据存储装置134可以使用两个或更多个物理设备来实现。
(多个)处理器132可以被配置为执行存储在数据存储装置134中的计算机可读程序指令136，并且可以被执行以提供本文描述的一些或全部功能。例如，(多个)处理器132可以执行计算机可读程序指令136来操作第一监测设备110和第二监测设备120的脉搏率检测器112、122和(多个)运动传感器118、128，如下面进一步详细描述的。
系统100的(多个)用户界面140可以包括指示器、显示器、按钮、触摸屏、头戴式显示器和/或被配置为向用户呈现关于系统100的信息和/或允许用户操作系统100的其他元件。附加地或替代地，系统100可以被配置为与另一系统(例如，手机、平板、计算机、远程服务器)通信，并使用远程系统呈现用户界面的元素。(多个)用户界面140可以被配置为允许用户指定系统100的一些操作、功能或操作的属性。(多个)用户界面140可以被配置为呈现第一监测设备110和第二监测设备120的穿戴者的皮下脉管系统的一部分中的确定的血液脉搏率或一些其他健康状态，或者向用户呈现一些其他信息。其他示例也是可能的。
通信系统150可以包括一个或多个有线或无线接口，用于在系统100的各种组件之间传送数据和/或用于与一个或多个其他计算系统通信。例如，通信系统150可以包括一个或多个天线，用于根据一个或多个无线通信标准(例如，蓝牙、WiFi、IRdA、ZigBee、WiMAX或LTE)发送和/或接收电磁或其他无线信号。附加地或替代地，通信系统150可以包括一个或多个有线通信接口，用于根据一个或多个有线通信标准(例如，USB、火线、以太网或RS-232)传送和/或接收信号。
实际上，(多个)控制器130可以经由通信系统150与第一监测设备110和第二监测设备120通信，以接收由它们的脉搏率检测器112、122和(多个)运动传感器118、128生成的信号。(多个)控制器130可以对所接收的信号执行操作，以确定对象的心血管信息，诸如心脏脉搏率，如下面进一步详细描述的。此外，(多个)控制器130可以经由通信系统150进行通信，以提供所确定的心血管信息的输出。例如，(多个)控制器130可以与(多个)用户界面140通信，以使(多个)用户界面140显示所确定的心血管信息的图形或文本表示。附加地或替代地，(多个)控制器130可以使用通信系统150通过通信网络(诸如互联网)向外部计算系统(诸如云计算系统和/或远程服务器)传送与所确定的心血管信息相关的信息。这样，心血管信息可以存储在外部计算系统上，用于远程访问和/或进一步处理。
应当理解，图1中描绘的系统100为了说明的目的而被简化，并且系统100的实现方式可以以各种方式来执行。因此，系统100的一些或所有组件可以实现为单个设备的一部分或者跨多个设备来实现。例如，(多个)控制器130、(多个)用户界面140和/或(多个)通信系统150的全部或部分可以被实现为第一监测设备110和第二监测设备120中的一个或两个的一部分。其他示例也是可能的。
图2A和图2B示出了用于监测穿戴设备200的对象的心血管活动的示例可穿戴设备200。可穿戴设备200可以用作上面关于图1中描绘的系统100描述的第一监测设备110或第二监测设备120。如图所示，可穿戴设备200是手腕可安装设备(例如，手表)，其包括用于将设备200安装到对象的手腕204上的安装件(mount)202。安装件202可以采取可以缠绕在手腕204上的条带(stape)或带子(band)的形式，或者安装件202可以包括用于将可穿戴设备100粘附到对象的手腕204上的粘性基底。
可穿戴设备200还可以包括外壳206，外壳206包括显示器208，对象可以通过该显示器208接收一个或多个指示或警报。例如，显示器208可以包括被配置为通过文本或图形信息来指示对象的心率和/或一天中的时间的液晶显示器(liquid crystal display，LCD)屏幕等。外壳206可以包括用于促进可穿戴设备200的操作的各种其他组件，诸如控制器、数据存储装置和/或用于与各种其他计算设备通信的通信接口。
如图2B所示，PPG传感器210可以设置在外壳206的下侧，使得PPG传感器210面向对象的手腕204。PPG传感器210包括光源212和光传感器214。光源212可以被配置为将照明发射到对象的皮下脉管系统的一部分中，并且光传感器214可以被配置为响应于从光源212发射的照明，检测从皮下脉管系统的一部分发射(例如，反射、折射、散射)的光的强度或其他属性。基于由光传感器214检测到的光，当对象的心脏泵血时，设备200可以检测皮下脉管系统中的血容量的改变。因为检测到的血容量改变对应于对象的心脏的脉搏，所以设备200可以使用这些检测来确定对象的脉搏率。
为了促进这一点，光源212可以包括发光二极管(light-emitting diode，LED)、激光器或被配置为发送照明的一些其他光源，该照明可以穿透穿戴者的皮肤进入皮下脉管系统的部分，例如进入皮下脉管系统的内腔。发送的照明可以是任何类型的照明，该任何类型的照明对穿戴者无害，并且至少导致与皮下脉管系统中的血容量相关的皮下脉管系统中的血液吸收量，例如，使得从身体响应性发射的光具有与皮下脉管系统的一部分中的血液的流量和/或脉搏率相关的一个或多个可检测属性(例如，与皮下脉管系统的一部分中的血液量相关的强度)。发送的照明的波长可以被指定为穿透穿戴者的生物组织，也可以被指定为被血细胞吸收和/或散射的波长。例如，发送的照明的波长可以是可见或近红外光谱中的波长(例如，在400纳米和1000纳米之间)。
光传感器214可以包括以下中的一个或多个：光电二极管、光电晶体管、光敏电阻、有源像素传感器、CCD、相机、光谱仪、干涉仪或被配置为检测发射的光的一个或多个属性的一些其他光敏元件。PPG传感器210的组件可以被小型化，使得可穿戴设备200可以被对象穿戴，而不会显著干扰对象的平常活动。
根据上面的讨论，可穿戴设备200还可以包括一个或多个运动传感器(未示出)。例如，外壳206可以包括被配置为基于设备200的运动来调节输出信号(诸如电压或电流)的一个或多个IMU或加速度计。这样，可穿戴设备200的运动传感器可以在经历运动时(诸如当对象在跑步时摆动他或她的手臂时)输出时变信号(time-varying signal)。其他示例也是可能的。
图3示出了用于监测穿戴设备300的对象的心血管活动的另一示例可穿戴设备300。类似于图2A和图2B中描绘的可穿戴设备200，可穿戴设备300可以用作上面关于图1中描绘的系统100描述的第一监测设备或第二监测设备120。如图所示，可穿戴设备300是耳朵可安装设备(例如，耳塞)，其包括外壳302，该外壳302被成形为可插入到对象的耳朵的一部分中。外壳302可以包括各种组件，诸如控制器和数据存储装置，用于促进设备300的操作。
在一些示例中，可穿戴设备300包括设置在外壳302中的一个或多个扬声器304。扬声器304可以被配置为输出经由有线或无线通信接口被提供给可穿戴设备300的音频信号，诸如音乐信号。扬声器304可以布置在外壳302中，使得当外壳302安装到对象的耳朵上时，扬声器304可以输出被导入对象耳道的音频信号。
如进一步所示，可穿戴设备300可以包括脉搏检测系统。例如，设备300可以包括布置在设备300的外壳302中的光源306和光传感器308。光源306和光传感器308可以类似于上述那些，并且可穿戴设备300可以类似地使用光源306和308来检测对象的脉搏率。在这种场景下，光源306将向对象的耳朵中的皮下脉管系统发射光，并且光传感器308将检测从皮下脉管系统反射和/或被皮下脉管系统散射的光。
此外，可穿戴设备300还可以包括一个或多个运动传感器，诸如布置在设备300的外壳302内的一个或多个IMU或加速度计。如上所述，运动传感器可以被配置为基于设备300的运动来调节输出信号，诸如电压或电流。这样，可穿戴设备300的运动传感器可以在经历运动时(诸如当对象的头部在跑步时上下跳动时)输出时变信号。其他示例也是可能的。
III.用于处理收集的数据的示例实施例
图4A示出了由手腕可安装设备(诸如图2所示的可穿戴设备200)的光传感器输出的示例信号400。如上所述，光传感器可以基于从对象的皮下脉管系统反射的光的强度输出信号。由于对象的心脏跳动，皮下脉管系统的血容量发生改变，因此从那反射并被光传感器检测到的光量也发生改变。因此，信号400包括多个峰值402a-c，该峰值402a-c对应于由皮下脉管系统中的血容量的改变引起的反射光的改变，因此对应于对象的心率。
然而，如进一步所示，信号400包括多个其他峰值404a-d，该多个其他峰值404a-d与对象的心率不一致，而是由运动引起的伪影。当光传感器和/或光源相对于对象移动时，可能会出现这些伪影。例如，当光传感器远离对象的皮下脉管系统移动和/或远离对象的皮下脉管系统倾斜时，光传感器可以检测到较少的从脉管系统反射的光，和/或光传感器可以检测到从替代光源入射到光传感器上的光，诸如环境光。类似地，当光源远离对象的皮下脉管系统移动和/或远离对象的皮下脉管系统倾斜时，入射到对象的皮下脉管系统上的光量可以减少，从而减少光传感器检测到的光量。
在手腕可安装设备中，这些运动伪影404a-d可能出现，例如，当对象在跑步时摆动他或她的手臂时。其他示例也是可能的。如果手腕可安装设备没有紧紧地固定在对象的手腕上，那么该设备可能会被推挤，并且在光传感器的输出信号400上可以看到运动伪影404a-d。
如图4A所示，当设备的运动很大时，光传感器输出的运动伪影404a-d的幅度可能大于心率峰值402a-c。结果，可能难以从信号400确定对象的脉搏率。例如，可穿戴设备可以被配置为基于光传感器输出信号400中的峰值频率来确定对象的脉搏率。在一些示例中，可以通过对时间窗口内的信号峰值的数量进行计数，或者通过确定信号的基频或二次谐波，诸如通过使用快速傅立叶变换(fast Fourier transform，FFT)算法，来测量心率。
图4B示出了光传感器输出400的示例频谱曲线图410，其可以使用FFT算法获得。应当理解，频谱曲线图410仅用于说明目的，并且可以不是光传感器输出400的频谱分量的确切表示。频谱曲线图410包括对应于心率峰值402a-c的频率的心率频率峰值412，并且频谱曲线图410包括对应于运动伪影404a-d的频率的运动频率峰值414。没有运动伪影404a-d或者具有相当小的运动伪影的情况下，心率频率峰值412将是主频率峰值，并且可穿戴设备可以通过仅识别频谱曲线图410中的主频率来使用频谱曲线图410来确定对象的心率。然而，当运动伪影404a-d在幅度上相似和/或在幅度上大于心率峰值402a-c时，可穿戴设备可能难以区分这两者。因此，确定的心率可能不准确。
为了对此进行抵消，可穿戴设备可以被配置为在确定对象的心率时考虑设备的运动。如上所述，该设备可以包括一个或多个运动传感器，诸如IMU或加速度计，其被配置为基于设备的运动来调节输出信号。
图4C示出了由手腕可安装设备(诸如图2所示的可穿戴设备200)的运动传感器输出的示例信号420。如图所示，运动传感器输出信号420可以包括对应于可穿戴设备的运动的多个峰值422a-d。例如，如果对象在跑步时将该设备戴在他或她的手腕上，则峰值422a-d可以对应于每次对象摆动他或她的手臂。其他示例也是可能的。因为光传感器输出信号400中的运动伪影404a-d对应于可穿戴设备的运动，所以运动伪影404a-d应该具有与运动传感器的输出信号420中的峰值422a-d相似的出现频率。
图4D示出了运动传感器输出420的示例频谱曲线图430，其可以使用FFT算法获得。再次，应当理解，频谱曲线图430仅用于说明目的，并且可以不是运动传感器输出420的频谱分量的确切表示。频谱曲线图430包括对应于运动传感器输出420的主频率的峰值432，其对应于运动传感器输出420的峰值422a-d的频率。通过将运动传感器输出420的频谱曲线图430与光传感器输出400的频谱图410进行比较，可以看出运动传感器频谱曲线图430的频率峰值432与光传感器频谱曲线图410的频率峰值414对齐。
这样，运动传感器输出420的频谱430可以用于过滤光传感器输出信号400和/或光传感器输出信号400的频谱410，以便去除运动伪影404a-d中的一些或所有。例如，可穿戴设备可以识别运动传感器输出420的一个或多个频谱分量(例如，通过使用FFT算法来识别运动传感器输出420的一个或多个主频率)，然后可穿戴设备可以过滤光传感器输出信号400和/或频谱信号410，以去除所识别的频谱分量。在所示的示例中，可穿戴设备可以基于出现在145Hz处的频率峰值432将145Hz识别为运动传感器输出信号420的主频率。这样，可穿戴设备可以过滤光传感器输出信号400，以去除145Hz处或145Hz附近的频率。例如，可穿戴设备可以使光传感器输出信号400通过带通、低通或高通滤波器，其可以用硬件和/或软件实现。
图4E示出了在对光传感器输出400进行过滤以去除从运动传感器输出420中识别的频谱分量之后，光传感器输出400的示例频谱曲线图440。如图所示，经过滤的频谱曲线图440包括对应于心率峰值402a-c的频率的频率峰值412。值得注意的是，对应于运动伪影404a-d的频率的频率峰值414不再存在。因此，执行该过滤过程可以通过去除一些运动伪影(诸如那些对应于峰值404a-d的运动伪影)来提高光传感器输出信号400的质量。然而，其他伪影可能仍然存在，诸如与未被可穿戴设备的运动传感器检测到的运动相关的伪影和/或检测到但未被完全过滤掉的运动伪影。例如，如图所示，经过滤的频谱曲线图440包括可能被误解为对象的心率的附加频谱分量442a-b。
为了进一步抵消这些附加的伪影，对象可以配备多个心血管监测设备，并且多个设备可以协同工作以确定对象的心率。例如，除了穿戴手腕可安装设备(诸如图2所示的手腕可安装设备200)，对象还可以穿戴耳朵可安装设备(诸如图3所示的手腕可安装设备300)。
根据上面的讨论，耳朵可安装设备可以包括光源和用于检测对象的耳朵的皮下脉管系统中的血容量的改变的光传感器，并且该器件还可以包括用于检测对象的头部的运动的一个或多个运动传感器。
类似于上面的图4A-4E，图5A-5E示出了使用光传感器和运动传感器获得的示例信号，但是是在耳朵可安装设备而不是手腕可安装设备的上下文中。具体而言，图5A示出了由耳朵可安装设备的光传感器输出的示例信号500，图5B示出了光传感器输出500的示例频谱曲线图510，图5C示出了由耳朵可安装设备的运动传感器输出的示例信号520，图5D示出了运动传感器输出520的示例频谱曲线图530，以及图5E示出了在过滤光传感器输出500以去除从运动传感器输出520识别的频谱分量之后，光传感器输出500的示例频谱曲线图540。
耳朵可安装设备可以被配置为以类似于上面在手腕可安装设备的上下文中描述的方式来处理这些示例信号。例如，参考图5A，耳朵可安装设备的光传感器输出信号500可以包括多个峰值502a-c，多个峰值502a-c对应于由皮下脉管系统中的血容量的改变引起的反射光的改变，并且因此对应于对象的心率；并且耳朵可安装设备的光传感器输出信号500还可以包括由对象的头部的运动引起的多个运动伪影峰值504a-d。如图5B所示，光传感器输出500的频谱曲线图510可以包括对应于心率峰值502a-c的频率的心率频率峰值512，并且频谱曲线图510可以包括对应于运动伪影504a-d的频率的运动频率峰值514。
为了过滤掉对应于运动伪影504a-d的频谱分量，耳朵可安装设备可以考虑耳朵可安装设备的运动传感器的输出信号520。如图5C所示，运动传感器输出信号520可以包括对应于可穿戴设备的运动的多个峰值522a-d。例如，如果对象在跑步时将该器件戴在他或她的耳朵里或耳朵上，则峰值522a-d可以对应于每次对象的头部在步幅期间上下摆动。其他示例也是可能的。因为光传感器输出信号500中的运动伪影504a-d对应于可穿戴设备的运动，所以运动伪影504a-d应该具有与运动传感器的输出信号520中的峰值522a-d相似的出现频率。参考图5D，运动传感器输出520的频谱曲线图530包括对应于运动传感器输出520的主频率的峰值532，其对应于运动传感器输出520的峰值522a-d的频率。通过将运动传感器输出520的频谱曲线图530与光传感器输出500的频谱曲线图510进行比较，可以看出运动传感器频谱曲线图530的频率峰值532与光传感器频谱曲线图510的频率峰值514对齐。
因此，耳朵可安装设备可以识别运动传感器输出520的一个或多个频谱分量(例如，通过使用FFT算法来识别运动传感器输出520的一个或多个主频率)，并且该设备然后可以过滤光传感器输出信号500和/或频谱信号510以去除所识别的频谱分量。这在图5E中示出，其中对应于运动伪影504a-d的频率的频率峰值514不再存在，而对应于心率峰值502a-c的频率的频率峰值512被保留。然而，其他伪影可能仍然存在，诸如那些具有频谱分量542a-c的伪影。
为了将对象的心率的频谱分量与不想要的伪影区分开，可以将手腕可安装设备的经过滤的频谱图440与耳朵可安装设备的经过滤的频谱曲线图540进行比较。因为手腕可安装设备和耳朵可安装设备安装在不同的身体部位，所以这些设备可以进行不同类型的运动。因此，出现在它们各自的光传感器的输出信号中的伪影可能具有不同的频谱分量。例如，由手腕可安装设备检测到的伪影的频谱分量442a-b具有与由耳朵可安装设备检测到的伪影的频谱分量542a-c不同的频率。然而，因为手腕可安装设备和耳朵可安装设备两者同时测量对象的心率，所以每个经过滤的频谱曲线图应该包括对象的心率的频率处的频谱分量。例如，手腕可安装设备的经过滤的频谱曲线图440和耳朵可安装设备的经过滤的频谱曲线图540两者包括具有大约135Hz的频率的频谱分量(即，频谱分量412和512)。因此，可穿戴设备中的任一个或两个可基于经过滤的频谱曲线图(每个频谱曲线图具有该频率处的频谱分量)确定对象的心率为135Hz。
图6是示例方法600的流程图，该方法600可以根据本公开来执行，以确定对象的一个或多个心血管特性。
在框602，方法600包括从耦接到对象的第一身体部位的第一监测设备接收指示在第一身体部位处获得的一个或多个测量的第一心血管信号和第一运动信号。根据上面的讨论，第一监测设备可以是安装到对象的手腕上的手腕可安装设备，并且手腕可安装设备可以从在对象的手腕处进行的测量生成第一心血管信号和第一运动信号。第一心血管信号可以是通过使用光源和光传感器生成的PPG信号，并且第一运动信号可以使用IMU或加速度计生成。
在框604，方法600包括从耦接到对象的第二身体部位的第二监测设备接收指示在第二身体部位处获得的一个或多个测量的第二心血管信号和第二运动信号。根据上面的讨论，第二监测设备可以是安装到对象的耳朵上的耳朵可安装设备，并且耳朵可安装设备可以从在对象的耳朵处进行的测量生成第二心血管信号和第二运动信号。第二心血管信号可以是通过使用光源和光传感器生成的PPG信号，并且第二运动信号可以使用IMU或加速度计生成。
在框606，方法600包括通过去除与第一运动信号的一个或多个频谱分量相对应的第一心血管信号的一个或多个频谱分量来过滤第一心血管信号。根据上面的讨论，这可以涉及使用FFT算法来变换第一运动信号，以识别第一运动信号的一个或多个频谱分量。例如，所识别的频谱分量可以包括经变换的第一运动信号的任何频谱分量，其具有相对于其他频谱分量的阈值高幅度。通过从第一心血管信号中去除所识别的频谱分量，可以从第一心血管信号中去除由于对象的手腕的运动或由于与对象的心率无关的其他来源而出现在第一心血管信号中的某些伪影。
在框608，方法600包括通过去除与第二运动信号的一个或多个频谱分量相对应的第二心血管信号的一个或多个频谱分量来过滤第二心血管信号。根据上面的讨论，这可以涉及使用FFT算法来变换第二运动信号，以识别第二运动信号的一个或多个频谱分量。例如，所识别的频谱分量可以包括经变换的第二运动信号的任何频谱分量，其具有相对于其他频谱分量的阈值高幅度。通过从第二心血管信号中去除所识别的频谱分量，可以从第二心血管信号中去除由于对象的头部的运动或由于与对象的心率无关的其他来源而出现在第二心血管信号中的某些伪影。
在框610，方法600包括识别存在于经过滤的第一心血管信号和经过滤的第二心血管信号两者中的相关频谱分量。在框612，方法600包括基于相关频谱分量来确定对象的心血管信息。根据上面的讨论，虽然经过滤的第一心血管信号和经过滤的第二心血管信号可以包括与在框606和608处没有被过滤掉的第一心血管信号和第二心血管信号中的伪影相关联的各种其他频谱分量，但是经过滤的第一心血管信号和经过滤的第二心血管信号两者包括对应于对象的心率的相关频谱分量。因此，通过识别存在于第一经过滤的心血管信号和第二经过滤的心血管信号两者中的相关频谱分量，可以确定对象的心率。
方法600可以包括附加的或替代的步骤。在一些示例中，方法600可以包括向用户提供所确定的心血管信息的指示。例如，方法600可以包括显示心血管信息的图形或文本表示。作为另一个示例，方法600可以包括基于心血管信息，诸如响应于确定对象的心率在阈值高值以上和/或阈值低值以下，来生成和输出音频或视觉警报。方法600可以包括向远程系统(例如，服务器或云计算服务)发送所确定的心血管信息的指示，并且从远程系统接收由远程系统基于心血管信息确定的、关于用户的健康状态或其他信息。
在另一个示例方法中，代替从手腕可安装设备和耳朵可安装设备生成的心血管信号中分离地过滤掉运动频谱分量，可以组合来自设备的心血管信号，并且可以对经组合的信号进行过滤以去除基于位于每个设备上的运动传感器识别的频谱分量。
图7是这样的示例方法700的流程图，该示例方法700可以根据本公开来执行，以确定对象的一个或多个心血管特性。
在框702，方法700包括从耦接到对象的第一身体部位的第一监测设备接收指示在第一身体部位处获得的一个或多个测量的第一心血管信号和第一运动信号。根据上面的讨论，第一监测设备可以是安装到对象的手腕上的手腕可安装设备，并且手腕可安装设备可以从在对象的手腕处进行的测量生成第一心血管信号和第一运动信号。第一心血管信号可以是通过使用光源和光传感器生成的PPG信号，并且第一运动信号可以使用IMU或加速度计生成。
在框704，方法700包括从耦接到对象的第二身体部位的第二监测设备接收指示在第二身体部位处获得的一个或多个测量的第二心血管信号和第二运动信号。根据上面的讨论，第二监测设备可以是安装到对象的耳朵上的耳朵可安装设备，并且耳朵可安装设备可以从在对象的耳朵处进行的测量生成第二心血管信号和第二运动信号。第二心血管信号可以是通过使用光源和光传感器生成的PPG信号，并且第二运动信号可以使用IMU或加速度计生成。
在框706，方法700包括组合所接收的第一心血管信号和第二心血管信号，诸如通过将第一心血管信号和第二心血管信号馈送到求和放大器等。
在框708，方法700包括通过去除与第一运动信号和第二运动信号的一个或多个频谱分量相对应的经组合的心血管信号的一个或多个频谱分量来过滤经组合的心血管信号。根据上面的讨论，这可以涉及使用FFT算法来变换第一运动信号和第二运动信号，以识别第一运动信号和第二运动信号的一个或多个频谱分量。例如，所识别的频谱分量可以包括经变换的第一运动信号和第二运动信号的任何频谱分量，其具有相对于其他频谱分量的阈值高幅度。通过从经组合的心血管信号中去除所识别的频谱分量，可以从经组合的心血管信号中去除由于对象的手腕的运动、对象的头部的运动或由于与对象的心率无关的其他来源而出现在经组合的心血管信号中的某些伪影。
在框710，方法700包括基于经过滤的组合的心血管信号的剩余频谱分量来确定对象的心血管信息。这可能涉及识别经过滤的组合的心血管信号的最强的剩余频谱分量。因为来自第一运动信号和第二运动信号两者的频谱分量已经从经组合的心血管信号中去除，所以最强的剩余频谱分量可能对应于对象的心脏跳动。因此，所确定的心血管信息可以包括对象的心率，并且所确定的心率可以等同于经过滤的组合的心血管信号的剩余频谱分量的频率。
方法700可以包括附加的或替代的步骤。在一些示例中，方法700可以包括向用户提供所确定的心血管信息的指示。例如，方法700可以包括显示心血管信息的图形或文本表示。作为另一个示例，方法700可以包括基于心血管信息，诸如响应于确定对象的心率在阈值高值以上和/或阈值低值以下，来生成和输出音频或视觉警报。方法700可以包括向远程系统(例如，服务器或云计算服务)发送所确定的心血管信息的指示，并且从远程系统接收由远程系统基于心血管信息确定的、关于用户的健康状态或其他信息。
应当理解，在可能的情况下，本文描述的操作可以由本文描述的系统和/或设备中的任何一个和/或多个来执行。例如，在一些示例中，手腕可安装设备可以包括控制器，用于获得第一心血管信号和第一运动信号，并且用于过滤第一心血管信号以去除第一运动信号的一个或多个频谱分量。类似地，耳朵可安装设备可以包括控制器，用于获得第二心血管信号和第二运动信号，并且用于过滤第二心血管信号以去除第二运动信号的一个或多个频谱分量。手腕可安装设备和耳朵可安装设备随后可以参与有线或无线通信，以用于交换与经过滤的信号相关联的信息并识别相关频谱分量。例如，耳朵可安装设备可以将指示经过滤的第一心血管信号的信息发送到手腕可安装设备，并且手腕可安装设备可以使用发送的信息来识别相关频谱分量。在其他示例中，数据可以被发送到单个设备，并且本文描述的操作可以由该单个设备来执行。例如，耳朵可安装设备可以将第一心血管信号和/或第一运动信号(或指示其的信息)发送到手腕可安装设备。手腕可安装设备的控制器随后可以执行本文描述的一些或全部操作。其他示例也是可能的。
此外，虽然本文公开的具体实施例涉及手腕可安装设备和耳朵可安装设备，但是根据本文描述的方法，可以替代地或附加地使用各种其他可穿戴设备。例如，手腕可安装设备和/或耳朵可安装设备可以由能够穿戴在身体(诸如脚踝、腰部、胸部或其他身体部位)表面处、身体表面上或身体表面附近的任何设备来代替。
此外，尽管本文公开的具体实施例涉及两个可穿戴设备的使用，但是所公开的构思可以扩展到任何数量的可穿戴设备。例如，第三可穿戴设备可以提供第三心血管信号和第三运动信号；可以过滤第三心血管信号以去除第三运动信号的一个或多个频谱分量；并且可以基于存在于经过滤的第一心血管信号、第二心血管信号和第三心血管信号中的相关频谱分量来确定对象的心血管信息。
IV.结论
在示例实施例涉及与人或人的设备相关的信息的情况下，实施例应当被理解为包括隐私控制。这种隐私控制至少包括设备标识符的匿名化、透明度和用户控制，包括使用户能够修改或删除与用户的产品的使用相关的信息的功能。
此外，在本文讨论的实施例收集关于用户的个人信息或者可以利用个人信息的情况下，可以向用户提供机会来控制程序或特征是否收集用户信息(例如，关于用户的病史、社交网络、社会行为或活动、职业、用户的偏好或用户的当前位置的信息)，或者控制是否和/或如何从内容服务器接收可能与用户更相关的内容。此外，在存储或使用某些数据之前，可以以一种或多种方式对该数据进行处理，使得去除个人身份信息。例如，可以处理用户的身份，使得不能针对用户确定个人可识别的信息，或者可以在获得位置信息的地方概括用户的地理位置(诸如概括到城市、ZIP码或州级)，使得不能确定用户的具体位置。因此，用户可以控制如何收集关于用户的信息并由内容服务器使用。
附图中所示的特定布置不应被视为限制。应当理解，其他实施例可以包括给定附图中所示的每个元件的更多或更少。此外，一些示出的元件可以被组合或省略。此外，示例性实施例可以包括附图中未示出的元件。
此外，虽然本文已经公开了各种方面和实施例，但是其他方面和实施例对于本领域技术人员来说是显而易见的。本文公开的各个方面和实施例是为了说明的目的，而不是为了限制，并且真实的范围和精神由所附权利要求指示。在不脱离本文所呈现的主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行其他改变。容易理解的是，如本文中一般描述的和附图中示出的，本公开的各方面可以以各种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些都在本文中被预期。

Claims (9)

1.一种心血管监测系统，包括：
第一监测设备，被配置为耦接到对象的第一身体部位，其中，所述第一监测设备包括被配置为测量所述第一身体部位处的第一心血管信号的第一光电容积描记PPG传感器和被配置为测量所述第一身体部位处的第一运动信号的第一加速度计，其中，所述对象的第一身体部位是所述对象的耳朵，并且其中，所述第一监测设备包括被配置为穿戴在所述对象的耳朵上或耳朵中的耳机；
第二监测设备，被配置为耦接到所述对象的第二身体部位，其中，所述第二监测设备包括被配置为测量所述第二身体部位处的第二心血管信号的第二PPG传感器和被配置为测量所述第二身体部位处的第二运动信号的第二加速度计，其中，所述对象的第二身体部位是所述对象的手腕，并且其中，所述第二监测设备包括被配置为围绕所述对象的手腕穿戴的腕带；以及
控制器，被配置为：
从所述第一监测设备和所述第二监测设备接收所述第一心血管信号和所述第二心血管信号以及所述第一运动信号和所述第二运动信号；
通过去除与所述第一运动信号的一个或多个频谱分量相对应的第一心血管信号的一个或多个频谱分量来过滤所述第一心血管信号；
通过去除与所述第二运动信号的一个或多个频谱分量相对应的第二心血管信号的一个或多个频谱分量来过滤所述第二心血管信号；
识别存在于经过滤的第一心血管信号和经过滤的第二心血管信号两者中的相关频谱分量；和
基于所述相关频谱分量来确定所述对象的心血管信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一心血管信号包括：(i)可归因于所述第一身体部位中的血液脉搏率的第一脉搏率分量，以及(ii)不可归因于所述第一身体部位中的血液脉搏率的第一伪影分量，并且其中,去除与所述第一运动信号的一个或多个频谱分量相对应的第一心血管信号的一个或多个频谱分量包括从所述第一心血管信号中去除所述第一伪影分量；并且
其中，所述第二心血管信号包括：(i)可归因于所述第二身体部位中的血液脉搏率的第二脉搏率分量，以及(ii)不可归因于所述第二身体部位中的血液脉搏率的第二伪影分量，并且其中，去除与所述第二运动信号的一个或多个频谱分量相对应的第二心血管信号的一个或多个频谱分量包括从所述第二心血管信号中去除所述第二伪影分量。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，确定所述对象的心血管信息包括基于所述相关频谱分量的频率来确定所述对象的心率。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述耳机包括被配置为测量所述对象的耳朵中的血液脉搏率的PPG传感器。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述腕带包括被配置为测量所述对象的手腕中的血液脉搏率的PPG传感器。
6.一种心血管监测方法，包括：
从耦接到对象的第一身体部位的第一监测设备接收第一心血管信号和第一运动信号，其中，所述第一心血管信号指示使用所述第一监测设备的第一光电容积描记PPG传感器在所述第一身体部位处获得的一个或多个测量，并且其中，所述第一运动信号指示使用所述第一监测设备的第一加速度计在所述第一身体部位处获得的一个或多个测量，其中，所述对象的第一身体部位是所述对象的耳朵，并且其中，所述第一监测设备包括穿戴在所述对象的耳朵上或耳朵中的耳机；
从耦接到所述对象的第二身体部位的第二监测设备接收第二心血管信号和第二运动信号，其中，所述第二心血管信号指示使用所述第二监测设备的第二PPG传感器在所述第二身体部位处获得的一个或多个测量，并且其中，所述第二运动信号指示使用所述第二监测设备的第二加速度计在所述第二身体部位处获得的一个或多个测量，其中，所述对象的第二身体部位是所述对象的手腕，并且其中，所述第二监测设备包括被配置为围绕所述对象的手腕穿戴的腕带；
通过去除与所述第一运动信号的一个或多个频谱分量相对应的第一心血管信号的一个或多个频谱分量来过滤所述第一心血管信号；
通过去除与所述第二运动信号的一个或多个频谱分量相对应的第二心血管信号的一个或多个频谱分量来过滤所述第二心血管信号；
识别存在于经过滤的第一心血管信号和经过滤的第二心血管信号两者中的相关频谱分量；以及
基于所述相关频谱分量来确定所述对象的心血管信息。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
使用所述第一监测设备测量所述第一身体部位处的第一心血管信号和第一运动信号；以及
使用所述第二监测设备测量所述第二身体部位处的第二心血管信号和第二运动信号。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一心血管信号包括：(i)可归因于所述第一身体部位中的血液脉搏率的第一脉搏率分量，以及(ii)不可归因于所述第一身体部位中的血液脉搏率的第一伪影分量，并且其中,去除与所述第一运动信号的一个或多个频谱分量相对应的第一心血管信号的一个或多个频谱分量包括从所述第一心血管信号中去除所述第一伪影分量；并且
其中，所述第二心血管信号包括：(i)可归因于所述第二身体部位中的血液脉搏率的第二脉搏率分量，以及(ii)不可归因于所述第二身体部位中的血液脉搏率的第二伪影分量，并且其中，去除与所述第二运动信号的一个或多个频谱分量相对应的第二心血管信号的一个或多个频谱分量包括从所述第二心血管信号中去除所述第二伪影分量。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，确定所述对象的心血管信息包括基于所述相关频谱分量的频率来确定所述对象的心率。
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