CN114207451A - 校准传感器 - Google Patents

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CN114207451A CN202080055781.8A CN202080055781A CN114207451A CN 114207451 A CN114207451 A CN 114207451A CN 202080055781 A CN202080055781 A CN 202080055781A CN 114207451 A CN114207451 A CN 114207451A
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Abstract

根据一方面，提供了一种用于将可穿戴设备的传感器(6)校准到要穿戴所述可穿戴设备的对象(50)的参考系的装置(10)。所述可穿戴设备包括：ECG电极布置，其包括相对于彼此处于预定义布置中的三个或更多个ECG电极(9)，并且所述传感器(6)具有相对于ECG电极布置(8)在预定义取向上的测量轴。所述装置(10)包括处理单元(12)，其被配置为：基于由所述ECG电极(9)的相应对所获得的ECG信号来确定ECG电极布置(8)在所述对象(50)的参考系中的取向(602)；并且基于所确定的所述ECG电极布置(8)在所述对象(50)的参考系中的取向和测量轴相对于所述ECG电极布置(8)的预定义取向来确定所述传感器(6)的测量轴与所述对象(50)的参考系之间的关系(604)。

Description

校准传感器
技术领域
本公开涉及用于校准可穿戴设备中的传感器的装置、系统和计算机实施的方法。
背景技术
包括一个或多个传感器的可穿戴设备可以被用于测量患者在家中或住院期间的生命体征、活动和姿势。例如，加速度计是小型且廉价的传感器，其可以测量相对于地球引力场的加速度。这样一来，加速度计被广泛用于测量移动和取向。当与专用算法组合使用时，放置在身体部分上的加速度计可以被用于识别某些活动，诸如躺在床上、坐着、站立、直立行走。关于加速计感测轴相对于身体测量方向的取向的信息是必要的，以便确定患者的姿势并在某些活动(如行走)期间表征身体的取向。例如，可以测量由加速度计感测的重力向量与人体测量轴之间的角度，以确定患者是躺着、直立还是斜躺。
确定身体姿势(例如站立、俯卧、仰卧、侧卧)和活动信息与医学专业人员(例如临床医师、护士等)相关，以评估例如在医院或家中受伤或手术后恢复过程期间的患者状态。关于身体姿势的信息具有若干用途。例如，卧床患者的生命体征或症状与斜倚角度之间的相关性对于评估心力衰竭和呼吸系统疾病严重性是重要的。能够保持更多仰卧位的患者通常比那些需要在床上直立姿势的患者更少地损害。此外，为了降低压疮的风险，需要准确且仔细地监测患者的姿势。
具有一个或多个传感器的可穿戴设备通常位于患者的身体上的单个位置。例如，旨在收集心电图(ECG)测量结果和身体加速度测量结果的可穿戴设备可以位于胸部区上靠近心脏的身体的指定位置。然而，将可穿戴设备附接到患者身体的流程难以标准化，并且由医学专业人员(或家庭环境中的患者本人)自行判定哪个位置最适合患者，例如考虑到身体形状和皮肤状况的异质性。这意指可穿戴设备的取向常常是任意的，并且取决于患者和操作者而经历改变。此外，在应用可穿戴传感器期间患者的姿势也是由可穿戴设备未知的。这意指为了正确分析或解释来自传感器的测量结果(例如来自加速度计的加速度测量结果)，需要确定传感器/可穿戴设备相对于患者参考系或相对于全局(例如地球的)参考系的取向。
存在用于确定对象上的可穿戴设备的取向的方法。例如，WO2017/191036公开了从可穿戴设备的传感器采集的生理特性信号的特性取决于对象上的可穿戴设备的位置和/或取向而不同，并且因此对象上的可穿戴设备的取向可以基于生理特性信号的一个或多个特性来确定。将生理特性信号的一个或多个特性与具有对应取向的存储器中的存储的一组特性进行比较，以便确定对象上的可穿戴设备的取向。然而，存在患者上的传感器/可穿戴设备的无限多个取向实际上是可能的，并且因此确定患者上的可穿戴设备/传感器的取向以用于校准传感器的改进方法将是有价值的。
发明内容
如上所述，关于现有技术的限制在于，仅可能清楚地区分预定数目的取向，并且因此不可能校准传感器而不管传感器放置的取向。因此，具有旨在解决这些限制的改进将是有价值的。
本发明由独立权利要求定义。从属权利要求定义了有利的实施例。
根据第一方面，提供了一种用于将可穿戴设备的传感器校准到对象的参考系的装置，所述可穿戴设备要被穿戴在所述对象上，所述可穿戴设备包括：心电图(下文：ECG)电极布置，其包括相对于彼此处于预定义布置中的三个或更多个ECG电极；以及所述传感器，其被布置用于直接或间接测量所述对象随时间的移动，并且具有相对于所述ECG电极布置的预定义取向上的测量轴。所述装置包括处理单元，所述处理单元被配置为：处理由所述ECG电极的相应对获得的ECG信号以确定所述ECG电极布置在所述对象的所述参考系中的取向，其中，所述对象的所述参考系包括与所述对象的心脏有关的参考轴，其中，所述参考轴与预定义ECG信号特性有关；处理所确定的所述ECG电极布置在所述对象的所述参考系中的取向和所述测量轴相对于所述ECG电极布置的所述预定义取向以确定所述传感器的所述测量轴与所述对象的所述参考系之间的关系；并且基于所述传感器的所述测量轴与所述对象的所述参考系之间的所确定的关系将所述传感器校准到所述对象的所述参考系。因此，所述装置实施了一种改进的技术，其中，基于ECG信号来确定可穿戴设备的取向，并且基于该确定的取向来校准所述传感器。
在一些实施例中，所述处理单元被配置为通过以下操作来确定所述ECG电极布置的所述取向：识别所述ECG电极布置中的ECG电极对，针对所述ECG电极对，由所述ECG电极对获得的所述ECG信号满足与所述预定义ECG信号特性有关的准则；并且基于由所识别的ECG电极对中的所述ECG电极定义的第一虚拟轴和所述参考轴与所述预定义ECG信号特性之间的关系来确定所述ECG电极布置相对于所述对象的所述参考系的所述取向。因此，所述ECG电极布置的取向通过利用参考轴和心脏的对应ECG信号特性来确定，并且由于所述心脏跨不同对象具有相对类似的取向，因此来自心脏的ECG信号可以用作用于确定所述ECG电极布置的取向的一致参考。
在备选实施例中，所述处理单元被配置为通过以下操作来确定所述ECG电极布置的所述取向：识别所述ECG电极布置中的两个相邻ECG电极对，针对所述两个相邻ECG电极对，由所述两个相邻ECG电极对获得的所述ECG信号最好地满足与所述预定义ECG信号特性有关的准则；确定第一虚拟轴作为由所识别的ECG电极对中的第一ECG电极对中的所述ECG电极定义的虚拟轴与由所识别的ECG电极对中的另一ECG电极对中的所述ECG电极定义的虚拟轴之间的虚拟轴；并且基于所述第一虚拟轴和所述参考轴与所述预定义ECG信号特性之间的所述关系来确定所述ECG电极布置相对于所述对象的所述参考系的所述取向。这些实施例具有与先前实施例类似的益处，并且还具有通过在最满足准则的两个ECG电极对之间插值可以更准确地确定ECG电极布置的取向的益处。
在任一组实施例中，所述预定义ECG信号特征是QRS复合波，并且所述准则能够由具有最小QRS复合波的所述ECG信号来满足；或由具有最大电压幅度和最小电压幅度的最小差异的所述ECG信号来满足。
在这些实施例中，所述参考轴可以是所述对象的心脏的QRS轴，并且所述第一虚拟轴可以被认为是垂直或基本上垂直于QRS轴。
在备选实施例中，所述预定义ECG信号特性是R峰，并且所述准则能够由具有最大R峰的所述ECG信号满足；或者由具有最大电压幅度和最小电压幅度的最大差异的所述ECG信号满足。
在这些实施例中，所述参考轴可以是所述对象的心脏的QRS轴，并且所述第一虚拟轴可以被认为是平行于所述QRS轴。
在所述预定义ECG信号特性可以是QRS复合波或R峰的实施例中的任一个中，所述处理单元还可以被配置为确定由所识别的ECG电极对获得的ECG信号的极性以估计QRS轴的方向，并且确定所述ECG电极布置相对于所述对象的左侧和右侧的取向。这些实施例具有以下益处：仅可能基于ECG信号来确定ECG电极布置相对于对象的左侧和右侧的取向。
在这些实施例中，所述处理单元还可以被配置为基于所述ECG电极布置相对于所述对象的左侧和右侧的所确定的取向来确定所述传感器的测量轴与所述对象的参考系之间的关系。
在一些实施例中，所述对象的参考系中的参考轴的取向取决于所述对象的一个或多个生理特性和/或关于所述对象的临床信息。这些实施例提供了可以基于他们的特定生理机能来调节所述对象的参考轴的取向，例如如果他们的心脏在他们的身体中处于异常或非典型的角度。
在一些实施例中，所述处理单元还被配置为基于要穿戴所述可穿戴设备的对象的身体的部分的形状来确定所述传感器的测量轴与所述对象的参考系之间的关系。这些实施例具有以下益处：可以通过考虑不同对象的不同身体形状和/或通过考虑对于特定用户能够出现的可穿戴设备的不同取向(取决于所述可穿戴设备正被穿戴于的其身体的部分)，更准确地校准所述传感器。
在一些实施例中，所述传感器的测量轴与所述对象的参考系之间的所确定的关系是执行以下操作所要求的旋转：(i)将由所述传感器在所述传感器的参考系中获得的测量结果旋转到所述对象的所述参考系中，和/或(ii)将所述对象的所述参考系中定义的一个或多个参数或规则旋转到所述传感器的所述参考系中。
在这些实施例中，所述处理单元可以被配置为：从所述传感器采集测量结果；将所述旋转应用于所采集的测量结果以将所采集的测量结果旋转到所述对象的所述参考系中；并且使用相对于所述对象的所述参考系所定义的一个或多个参数和/或规则来评价经旋转的测量结果以确定所述对象的姿势。
在备选实施例中，所述处理单元可以被配置为：从所述传感器采集测量结果；将所述旋转应用于相对于所述对象的所述参考系定义的一个或多个参数和/或规则，以将所述一个或多个参数和/或规则旋转到所述传感器的所述参考系中；并且使用经旋转的一个或多个参数和/或规则来评价所采集的测量结果以确定所述对象的姿势。
在一些实施例中，所述传感器是加速度计。
根据第二方面，提供了一种用于将可穿戴设备的传感器校准到对象的参考系的系统，所述可穿戴设备被穿戴在所述对象上。所述系统包括根据第一方面或其任何实施例的装置；以及所述可穿戴设备，所述可穿戴设备包括：所述ECG电极布置，其包括相对于彼此处于预定义布置中的三个或更多个ECG电极；以及所述传感器，其被布置用于直接或间接测量所述对象随时间的移动，并且具有相对于所述ECG电极布置的预定义取向上的测量轴。
在一些实施例中，所述装置是所述可穿戴设备的部分。在备选实施例中，所述装置与所述可穿戴设备分离。
根据第三方面，提供了一种将可穿戴设备的传感器校准到对象的参考系的方法，所述可穿戴设备被穿戴在所述对象上，所述可穿戴设备包括：ECG电极布置，其包括相对于彼此处于预定义布置中的三个或更多个ECG电极；以及所述传感器，其被布置用于直接或间接测量所述对象随时间的移动，并且具有相对于所述ECG电极布置的预定义取向上的测量轴，所述方法包括：处理由所述ECG电极的相应对获得的ECG信号以确定所述ECG电极布置在所述对象的参考系中的取向，其中，所述对象的所述参考系包括与所述对象的心脏有关的参考轴，其中，所述参考轴与预定义ECG信号特性有关；处理所确定的所述ECG电极布置在所述对象的所述参考系中的取向和所述测量轴相对于所述ECG电极布置的所述预定义取向以确定所述传感器的所述测量轴与所述对象的所述参考系之间的关系；并且基于所述传感器的所述测量轴与所述对象的所述参考系之间的所确定的关系将所述传感器校准到所述对象的所述参考系。因此，所述方法提供了一种改进的技术，其中，基于ECG信号来确定可穿戴设备的取向，并且基于该确定的取向来校准所述传感器。
在一些实施例中，所述对象的参考系包括与所述对象的心脏有关的参考轴，其中，所述参考轴与预定义ECG信号特性有关，并且确定所述ECG电极布置的取向的步骤包括：识别所述ECG电极布置中的ECG电极对，针对其，由所述ECG电极对获得的ECG信号满足与所述预定义ECG信号特性有关的准则；并且基于由所识别的ECG电极对中的ECG电极定义的第一虚拟轴和所述参考轴与所述预定义ECG信号特性之间的关系来确定所述ECG电极布置相对于所述对象的参考系的取向。因此，所述ECG电极布置的取向通过利用参考轴和心脏的对应ECG信号特性来确定，并且由于所述心脏跨不同对象具有相对类似的取向，因此来自所述心脏的ECG信号可用作用于确定所述ECG电极布置的取向的一致参考。
在备选实施例中，所述对象的参考系包括与所述对象的心脏有关的参考轴，其中，所述参考轴与预定义ECG信号特性有关，并且其中，确定所述ECG电极布置的取向的步骤包括：识别所述ECG电极布置中的两个相邻ECG电极对，针对其，由两个相邻ECG电极对获得的ECG信号最好满足与所述预定义ECG信号特性有关的准则；确定第一虚拟轴作为由所识别的ECG电极对中的第一个中的ECG电极定义的虚拟轴与由所识别的ECG电极对中的另一个中的ECG电极定义的虚拟轴之间的虚拟轴；并且基于所述第一虚拟轴和所述参考轴与所述预定义ECG信号特性之间的关系来确定所述ECG电极布置相对于所述对象的参考系的取向。这些实施例具有与先前实施例类似的益处，并且还具有如通过在最满足所述准则的两个ECG电极对之间插值可以更准确地确定所述ECG电极布置的取向的益处。
在任一组实施例中，预定义ECG信号特性可以是QRS复合波，并且该准则可以由具有最小QRS复合波的ECG信号满足；由具有或最大电压幅度和最小电压幅度的最小差异的ECG信号满足。
在这些实施例中，所述参考轴可以是所述对象的心脏的QRS轴，并且所述第一虚拟轴可以被认为是垂直或基本上垂直于所述QRS轴。
在备选实施例中，所述预定义ECG信号特性可以是R峰，并且所述准则可以通过具有最大R峰的ECG信号满足；或者由具有最大电压幅度和最小电压幅度的最大差异的ECG信号满足。
在这些实施例中，所述参考轴可以是所述对象的心脏的QRS轴，并且所述第一虚拟轴可以被认为是平行于所述QRS轴。
在所述预定义ECG信号特性可以是QRS复合波或R峰的实施例的任一个中，所述方法还可以包括确定由所识别的ECG电极对获得的ECG信号的极性以估计所述QRS轴的方向，并且确定所述ECG电极布置相对于所述对象的左侧和右侧的取向。这些实施例具有以下益处：仅可能基于所述ECG信号来确定所述ECG电极布置相对于所述对象的左侧和右侧的取向。
在这些实施例中，确定所述传感器的测量轴与所述对象的参考系之间的关系的步骤可以包括：基于所述ECG电极布置相对于所述对象的左侧和右侧的确定取向来确定所述传感器的测量轴与所述对象的参考系之间的关系。
在一些实施例中，所述对象的参考系中的参考轴的取向取决于所述对象的一个或多个生理特性和/或关于所述对象的临床信息。这些实施例提供了可以基于他们的特定生理机能来调节所述对象的参考轴的取向，例如如果他们的心脏在他们的身体中处于异常或非典型的角度。
在一些实施例中，确定所述传感器的测量轴与所述对象的参考系之间的关系的步骤包括：基于要穿戴所述可穿戴设备的对象的身体的部分的形状来确定所述传感器的测量轴与所述对象的参考系之间的关系。这些实施例具有以下益处：可以通过考虑不同对象的不同身体形状和/或通过考虑对于特定用户能够出现的可穿戴设备的不同取向(取决于所述可穿戴设备被穿戴在其上的其身体部位)，更准确地校准所述传感器。
在一些实施例中所述传感器的测量轴与所述对象的参考系之间的所确定的关系是执行以下操作所要求的旋转：(i)将所述传感器的参考系中的传感器获得的测量结果旋转到所述对象的参考系中，和/或(ii)将所述对象的参考系中定义的一个或多个参数或规则旋转到所述传感器的参考系中。
在这些实施例中，所述方法还可以包括：从所述传感器采集测量结果；将所述旋转应用于所采集的测量结果以将所采集的测量结果旋转到所述对象的参考系中；并且使用相对于所述对象的参考系定义的一个或多个参数和/或规则来评价经旋转的测量结果以确定所述对象的姿势。
在备选实施例中，所述方法还可以包括：从所述传感器采集测量结果；将所述旋转应用于相对于所述对象的参考系定义的一个或多个参数和/或规则，以将所述一个或多个参数和/或规则旋转到所述传感器的参考系中；并且使用经旋转的一个或多个参数和/或规则来评价所采集的测量结果以确定所述对象的姿势。
在一些实施例中，所述传感器是加速度计。
根据第四方面，提供了一种包括计算机可读介质的计算机程序产品。计算机可读介质具有实现在其中的计算机可读代码。计算机可读代码被配置为使得在由适合的计算机或处理器运行时使计算机或处理器执行上文所描述的方法。
这些和其他方面将根据下文所描述的(一个或多个)实施例而显而易见并且将参考下文所描述的(一个或多个)实施例得到阐述。
附图说明
现在将参考以下附图仅通过范例描述示范性实施例，其中：
图1是图示根据示范性实施例的包括装置和可穿戴设备的系统的框图；
图2示出了ECG电极的三个示范性布置；
图3是图示根据实施例的方法的流程图；
图4是对象身体上的第一取向上的图2(c)的ECG电极布置和通过ECG电极布置获得的对应ECG信号的图示；
图5是对象身体上的第二取向上的图2(c)的ECG电极布置和通过ECG电极布置获得的对应ECG信号的图示；并且
图6是图示根据本文所描述的技术的一般方法的流程图。
具体实施方式
如上所述，本文提供了一种用于校准作为可穿戴设备的一部分的传感器的改进技术。简要地，改进的技术使用由可穿戴设备上的多个ECG电极对对象(例如患者)的心电图(ECG)测量结果来确定对象上的ECG电极的取向(以及因此可穿戴设备的取向)，并且根据所确定的ECG电极的取向和传感器相对于ECG电极的预定义取向来确定传感器的取向与对象的取向之间的关系。
图1图示了根据本文呈现的教导的示范性实施例的系统2。在该实施例中，系统2包括可穿戴设备4，其要由对象携带或穿戴并且包括用于测量对象(例如对象的移动，包括对象的加速度)和/或对象周围的环境(例如气压)随时间的方面的传感器6。传感器6提供了相对于至少一个测量轴(例如在加速度计或类似物的情况下的x轴、y轴和/或z轴)的测量结果。
可穿戴设备4还包括ECG电极布置8，其包括用于获得对象的ECG信号的多个ECG电极9(并且特别地至少三个ECG电极9)。在图1中，示出了分别标记为9a、9b、9c、...的三个ECG电极9。ECG电极9相对于彼此处于预定义(即固定)布置中并且固定在可穿戴设备4内或上，使得ECG电极9相对于可穿戴设备4具有预定义取向。ECG电极9使得能够从对象获得多个ECG信号，其中，每个“ECG导联”(如由互连一对ECG电极9的虚拟轴定义的)具有相对于可穿戴设备4的相应取向，以及因此当可穿戴设备4正由对象携带或穿戴时相对于对象的相应取向。下面参考图2描述了一些示范性ECG电极布置8。
传感器6固定在可穿戴设备4内或上，其意指传感器6的取向(并且特别地传感器6的测量轴的取向)相对于可穿戴设备4固定并且相对于ECG电极布置8固定。传感器6相对于ECG电极装置8的取向的取向是已知的。
传感器6生成并输出表示对象或环境随时间的测量结果的相应信号。每个测量信号可以包括测量结果(样本)的时间系列，并且因此测量信号可以与时间段中的测量结果有关。传感器6可以使用任何期望的采样频率，例如每秒50次测量(50Hz)、64Hz或100Hz。不同的传感器可以以不同的采样率运行。例如，可以以2Hz、或4Hz、或0.4Hz或1Hz对另一传感器进行采样。
系统中的传感器6是可以直接或间接测量对象随时间的移动的传感器。例如，传感器6可以是加速度计、气压传感器、磁力计或陀螺仪中的任一个。在优选实施例中，传感器6是加速度计。可以分析来自传感器6的测量信号以确定对象的姿势，识别和/或评价对象的移动。
在传感器6是加速度计的情况下，加速度计可以生成和输出测量信号，该测量信号包含表示对象在多个时刻的移动的多个加速度测量样本。加速度计通常是测量三个维度上的加速度的加速度计，并且由加速度计生成的测量信号可以包括表示三个维度中的每个上的加速度的相应测量结果。例如，加速度计的输出可以包括用于三个测量轴中的一个或多个的相应测量信号，例如笛卡尔坐标系的x轴、y轴和z轴。
在传感器6是陀螺仪的情况下，陀螺仪可以生成和输出包含多个陀螺仪测量样本的测量信号，所述样本表示可穿戴设备在多个时刻的旋转移动和/或取向。
在传感器6是气压传感器的情况下，气压传感器可以包括用于测量气压或气压变化的任何类型的传感器。气压传感器可以生成和输出表示气压传感器处的气压或气压变化的测量结果的测量信号。测量信号可以包括气压测量结果(样本)的时间系列，并且因此测量信号可以与时间段中的气压或气压变化有关。气压传感器可以使用任何期望的采样频率，例如1Hz或50Hz。在其他实施例中，可以使用麦克风。通常，以16kHz或更高频率对麦克风进行采样。
返回到图1，系统2还包括接收ECG信号并且分析ECG信号以使得传感器6的测量结果能够校准到对象的参考系的装置10。在一些实施例中，设备10还可以从传感器6接收(一个或多个)测量信号并且使用所确定的校准来例如分析对象的移动或身体活动，确定对象的姿势，识别和/或评价对象的移动。
可穿戴设备4可以采取任何适合的形式，使得对象能够携带或穿戴设备4，并且能够从对象获得ECG信号。特别地，可穿戴设备4可以穿戴或携带在躯干或胸部(例如靠近心脏)或颈部上。例如，可穿戴设备4可以采取吊坠、项链、粘合贴片、胸带、集成到衣服中等形式。在一些实施例中，如图1所示，装置10可以与可穿戴设备4分离。在这些实施例中，装置10可以是任何类型的电子设备或计算设备，其可以与可穿戴设备4通信或以其他方式接收ECG信号以及任选地直接或间接来自可穿戴设备4的测量信号。例如，装置10可以是计算机、膝上型电脑、平板电脑、智能电话、智能手表等或其部分，并且这样一来可以是存在或使用在对象的家庭或护理环境中的装置。在其他实施方式中，装置10可以是远离对象并且远离对象的家庭或护理环境的装置。例如，装置10可以是服务器，例如数据中心中的服务器(也被称为“在云中”)。在备选实施例中，装置10(并且特别地如本文所描述的装置10的功能)可以与可穿戴设备4集成。因此，装置10也可以作为可穿戴设备4的部分由对象携带或穿戴。
装置10包括处理单元12，其控制装置10的操作并且可以被配置为运行或执行本文所描述的方法。特别地，处理单元12可以获得ECG信号并对其进行处理以确定传感器6的测量轴与对象的参考系之间的关系。处理单元12可以利用软件和/或硬件以许多方式实施以执行本文所描述的各种功能。处理单元12可以包括一个或多个微处理器或数字信号处理器(DSP)，其可使用软件或计算机程序代码进行编程以执行所要求的功能和/或控制处理单元12的部件以实现所要求的功能。处理单元12可以被实施为执行一些功能的专用硬件(例如，放大器、预放大器、模数转换器(ADC)和/或数模转换器(DAC))和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程微处理器、控制器、DSP和相关联的电路)的组合。可以被采用在本公开的各种实施例中的部件的范例包括但不限于常规微处理器、DSP、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。
处理单元12连接到存储器单元14，存储器单元14可以存储数据、信息和/或信号(包括ECG信号)以由处理单元12在控制装置10的操作和/或运行或执行本文所描述的方法时使用。例如，存储器单元14可以存储关于ECG电极9相对于彼此的预定义布置的信息，和/或关于传感器6相对于ECG电极布置8的取向的取向的信息(例如，在传感器6的测量轴与由ECG电极布置8中的ECG电极9形成的ECG导联的(一个或多个)取向之间的二维(2D)或3D空间中的角度方面)。在一些实施方式中，存储器单元14存储可以由处理单元12运行的计算机可读代码，使得处理单元12执行一个或多个功能，包括本文所描述的方法。在特定实施例中，程序代码可以采取用于智能手表、智能电话、平板电脑、膝上型电脑或计算机的应用的形式。存储器单元14可以包括任何类型的非瞬态机器可读介质，诸如高速缓存或系统存储器，包括易失性和非易失性计算机存储器，诸如随机存取存储器(RAM)静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、可擦PROM(EPROM)和电可擦PROM(EEPROM)，以存储器芯片、光盘(诸如压缩磁盘(CD)、数字通用光盘(DVD)或蓝光光盘)、硬盘、磁带存储解决方案或固态设备的形式实施，包括记忆棒、固态驱动器(SSD)、存储卡等。
在图1所示的系统2的实施例中，由于装置10与包括传感器6和ECG电极布置8的可穿戴设备4分离，因此装置10还包括接口电路16，以用于使能与包括可穿戴设备4的其他设备的数据连接和/或数据交换，以及任选地服务器、数据库、用户设备和其他传感器中的任何一个或多个。连接可以是直接的或间接的(例如经由因特网)，并且因此接口电路16可以经由任何期望的有线或无线通信协议使能装置10与诸如因特网的网络之间的连接，或者装置10与可穿戴设备4之间的连接。例如，接口电路16可以使用WiFi、蓝牙、Zigbee或任何蜂窝通信协议(包括但不限于全球移动通信系统(GSM)、通用移动电信系统(UMTS)、长期演进(LTE)、LTE高级等)来操作。在无线连接的情况下，接口电路16(以及因此装置10)可以包括用于通过传输介质(例如空气)发射/接收的一个或多个适合天线。备选地，在无线连接的情况下，接口电路16可以包括使得接口电路16能够连接到装置10外部的一个或多个适合天线的模块(例如，连接器或插头)，以用于通过传输介质(例如，空气)进行发射/接收。接口电路16连接到处理单元12，以使得由接口电路16接收的信息或数据能够被提供给处理单元12，和/或来自处理单元12的信息或数据能够由接口电路16发射。
接口电路16可以被用于接收来自ECG电极布置8的ECG信号，以及任选地还接收由传感器6生成的测量结果/测量信号。
在一些实施例中，接口电路16可以被用于输出处理单元12的处理的结果，例如传感器6的测量轴与对象的参考系之间的确定关系的指示。
在一些实施例中，装置10包括用户接口18，用户接口18包括一个或多个部件，其使得装置10的用户(例如对象或对象的护理提供者)能够将信息、数据和/或命令输入到装置10中(例如，用于根据本文所描述的技术启动或启用将传感器6校准到对象的参考系的技术)和/或使得装置10能够向对象或装置10的其他用户输出信息或数据。用户接口18可以包括任何适合的(一个或多个)输入部件，包括但不限于键盘、小键盘、一个或多个按钮、开关或拨号盘、鼠标、轨迹板、触摸屏、触笔、相机、麦克风等，并且用户接口18可以包括任何适合的(一个或多个)输出部件，包括但不限于显示屏、一个或多个灯或灯元件、一个或多个扬声器、振动元件等。
将意识到，装置10的实际实施方式可以包括针对图1中所示的部件的额外部件。例如，装置10还可以包括电源，诸如电池，或者用于使得装置10能够连接到主电源的部件。
如上所述，传感器6和ECG电极布置8是可穿戴设备4的部分，其与图1所示的实施例中的装置10分离。为了将ECG信号从可穿戴设备4传递到装置10，可穿戴设备4包括接口电路20。接口电路20可以以与装置10中的接口电路16类似的方式实施。
在一些实施例中，可穿戴设备4还可以包括用于控制可穿戴设备4的操作的处理单元22。该处理单元22还可以被用于在将来自传感器6的ECG信号和/或(一个或多个)测量信号传递到装置10之前对其执行一些预处理，例如ECG信号和/或测量信号可以被滤波以减少或移除噪声分量或伪影。处理单元22可以以与装置10中的处理单元12类似的方式实施。
将意识到，可穿戴设备4的实际实施方式可以包括针对图1中所示的部件的额外部件。例如，可穿戴设备4还可以包括电源，优选地电池，使得设备4是便携式的，或者用于使得可穿戴设备4能够连接到主电源的部件。
在装置10是可穿戴设备4的部分的系统2的备选实施例中，将意识到，可以存在仅一个处理单元12/22，并且不要求接口电路来将(一个或多个)测量结果/信号传递到处理单元12。
如上所述，ECG电极9相对于彼此处于预定义(即固定)布置中，以使得能够从对象获得多个ECG信号。ECG电极布置8中的ECG电极9可以对称地或非对称地布置。ECG电极布置8可以具有一个或多个ECG电极9，其充当“公共”或“参考”ECG电极9并用于与ECG电极9中的其他电极一起依次获得多个ECG信号，或者ECG电极布置8中的每个ECG电极9可以是相应一对ECG电极9的部分。本文所描述的ECG电极布置8也被称为多短导联ECG电极布置。图2(a)、2(b)和2(c)示出了三个示范性ECG电极布置8。
图2(a)中所示的ECG电极布置8包括四个ECG电极9，标记为9a、9b、9c和9d。在该ECG电极布置8中，ECG电极9c结合ECG电极9a、9b和9d中的每个用作公共/参考ECG电极。因此，可以使用由电极对9c和9a形成的第一ECG导联获得第一ECG信号，可以使用由电极对9c和9b形成的第二ECG导联获得第二ECG信号，并且可以使用由电极对9c和9d形成的第三ECG导联获得第三ECG信号。ECG电极9a-d相对于彼此的布置使得第一ECG导联和第三ECG导联通常彼此成一直线，但是第二ECG导联通常垂直于第一ECG导联和第三ECG导联取向。
图2(b)中所示的ECG电极布置8包括六个ECG电极9，标记为9a-f。在该ECG电极布置8中，ECG电极9通常布置成圆形，其中，每个ECG电极9与布置中直径相对的ECG电极9配对。因此，可以使用由电极对9a和9d形成的第一ECG导联获得第一ECG信号，可以使用由电极对9b和9e形成的第二ECG导联获得第二ECG信号，并且可以使用由电极对9c和9f形成的第三ECG导联获得第三ECG信号。由于ECG电极9通常均匀地间隔开，因此ECG电极的该布置意指每个ECG导联在取向上与相邻ECG导联相差大约60°。
图2(c)中所示的ECG电极布置8包括六个ECG电极9，标记为9a-f。在该ECG电极布置8中，ECG电极9f结合围绕公共/参考ECG电极9f径向布置的ECG电极9a-e中的每一个用作公共/参考ECG电极。因此，可以使用由电极对9f和9a形成的第一ECG导联获得第一ECG信号，可以使用由电极对9f和9b形成的第二ECG导联获得第二ECG信号，可以使用由电极对9f和9c形成的第三ECG导联获得第三ECG信号，可以使用由电极对9f和9d形成的第四ECG导联获得第四ECG信号，并且可以使用由电极对9f和9e形成的第五ECG导联获得第五ECG信号。ECG电极9a-e围绕ECG电极9f布置，使得相邻ECG导联以大约36°(180°/5)分开取向。
将意识到，图2(b)中的ECG电极9a-f和图2(c)中的ECG电极9a-e相等地间隔开(就相邻ECG电极9之间的距离和电极对中的ECG电极9之间的距离两者而言，其可以使通过ECG导联获得的ECG信号的比较更容易)。然而，对于ECG电极9之间的距离不相等是可能的，尽管在分析来自ECG电极9的ECG信号时应当考虑这些差异。
由于图2(a)和图2(c)所示的两个ECG电极布置8是非对称的，因此将意识到，对于这些ECG电极布置8以特定取向或以特定取向范围内的取向穿戴或携带在对象上可能是必要或有用的。这个或这些取向将从下面的讨论变得显而易见。图2(b)中所示的ECG电极布置8是对称的，因此可能不存在关于ECG电极布置8被携带或穿戴在对象上的取向的任何限制。
如上所述，本文所描述的技术提供了一种解决方案，用于基于由ECG电极布置8获得的ECG信号自动识别可穿戴设备4的取向并因此可穿戴设备4中的传感器6的取向。在各种实施例中，由ECG电极布置8获得的ECG信号被用于识别所谓的“QRS轴”的方向，其对应于连接房室结和心室顶点的心脏段。QRS轴在对象的身体中具有已知的取向(其中，该取向是从对象的群体导出的标准值，或者其可以特异于对象)，并且因此关于ECG电极布置8相对于QRS轴的取向的信息使得ECG电极布置8相对于对象的参考系中的其他轴的取向能够被确定，诸如身体的尾颅方向，其是从对象身体的尾部到头部延伸的轴。例如，对于平均对象，QRS轴54通常从尾颅轴向左38°。传感器6的测量轴相对于ECG电极布置8的已知取向以及ECG电极布置8相对于对象的参考系的确定取向使得能够确定传感器6的测量轴与对象的参考系之间的关系。
在以下讨论中，传感器6是加速度计，但是将意识到，该技术也适用于传感器6是另一类型的传感器的实施例。还将意识到，在以下讨论中，对象的参考系中的相关轴是尾颅轴，但是该技术也适用于对象的参考系中的其他轴。
图3中的流程图示出了根据实施例的校准来自加速度计的测量结果的示范性方法。方法的步骤中的一个或多个可以由装置10中的处理单元12酌情结合传感器(加速度计)6、ECG电极布置8、存储器单元14、接口电路16和用户接口18中的任一个执行。处理单元12可以响应于运行计算机程序代码而执行一个或多个步骤，该计算机程序代码可以存储在计算机可读介质上，诸如例如存储器单元14上。
初始地，可穿戴设备4正在由对象穿戴或携带(例如，其使用胸带穿戴在对象上，或经由粘合剂附接到皮肤等)。可穿戴设备4相对于对象的取向是未知的。在步骤302中，从ECG电极布置8中的ECG电极9对(ECG导联)中的每个采集ECG信号。在步骤304和306中，QRS轴被确定为垂直于提供最小QRS复合波的ECG导联的方向，该方向定义了心动周期期间如由ECG导联感测到的心室电活动，这也是非极化的(即QRS复合波的正和负分量，其中，ECG信号在值上相似)。在任选的步骤308中，可以确定QRS轴在矢状面(即，将身体分成左和右部分的平面)中相对于尾颅方向的角度。在步骤310(其是任选的)中，可以确定来自不同ECG导联的ECG信号之间的QRS复合波的趋势，诸如幅度和极性变化。在步骤312(其在步骤310中执行)中，可以确定QRS轴的符号(极性)以便识别身体的解剖左(或右)方向。在步骤314中，确定允许加速度计6的测量轴与尾颅轴“对准”的旋转矩阵(或其他关系)(并且任选地，如果执行步骤310和312，还与身体的中侧向左和向前方向对准)。最后，在步骤316中，所确定的旋转被用于将加速度计测量结果转换到对象的参考系中(例如，转换测量结果使得它们相对于尾颅轴呈现)。备选地，在步骤316中，用于分析加速度计测量结果的对象的参考系中的先前建立的计算模型(例如，用于从加速度计测量结果确定对象的姿势的一组规则或参数)可以旋转到加速度计6的参考系中，使得可以使用旋转模型评价加速度测量结果。
因此，在步骤302中，ECG信号从ECG导联中获得，该ECG导联在多个方向上取向。由于ECG电极9的布置，ECG导联能够从相对于对象的身体的不同取向获得ECG形态数据。图4和图5是对象身体上的相应第一和第二取向上的图2(c)的ECG电极布置8和通过ECG电极布置8获得的对应ECG信号的图示。
特别地，图4和图5示出了对象50的部分(躯干)的轮廓和心脏52的轮廓。心脏52的QRS轴由箭头54所示，其对于典型的对象50通常在对象50的参考系中向下和向左取向。对象50的尾颅轴由箭头56示出。
在图4中，图2(c)的ECG电极布置8在第一取向上穿戴在对象50上，使得第二ECG导联(包括ECG电极9b和9f)最接近平行于QRS轴54，并且第四ECG导联(包括ECG电极9d和9f)最接近垂直于QRS轴54。图4中分别标记为(a)-(e)的信号图中示出了由第一至第五ECG导联中的每个获得的ECG信号。这些图中未标记幅度和时间轴，但是该图共享相同的幅度和时间尺度。
从图4中的ECG信号图可以看出，由第四ECG导联获得的ECG信号具有最小且最小极化的QRS复合波。这指示互连ECG电极9d和9f(第四ECG导联)的虚拟轴与QRS轴54最正交。
在图5中，图2(c)的ECG电极布置8在第二取向上穿戴在对象50上，这使得第一ECG导联(包括ECG电极9a和9f)和第五ECG导联(包括ECG电极9e和9f)最接近平行和反平行于QRS轴54。在该第二取向上，第三ECG导联(包括ECG电极9c和9f)最接近垂直于QRS轴54。图5中分别标记为(a)-(e)的信号图中示出了由第二取向上的第一至第五ECG导联中的每个获得的ECG信号。这些图中未标记幅度和时间轴，但是该图共享相同的幅度和时间尺度。
从图5中的ECG信号图可以看出，由第三ECG导联获得的ECG信号具有最小且最小极化的QRS复合波。这指示互连ECG电极9c和9f(第三ECG导联)的虚拟轴与QRS轴54最正交。此外，可以注意到，当从第一ECG导联到第五ECG导联依次查看ECG信号时，QRS复合波从正值变为显著负值。该信息可以被用于识别垂直于第三ECG导联的虚拟轴的轴(其中，垂直于第三ECG导联的虚拟轴的轴被认为对应于QRS轴)是否朝向加速度计6的左侧或右侧取向。给定QRS轴54最常指向身体的左侧，这确定了对象50的身体的中外侧左方向。
一旦已经获得ECG信号，在步骤304中分析ECG信号以确定每个ECG信号中的电压的最大值和最小值。目的是识别对应于(或最对应于)QRS复合波的ECG信号，并且因此目的是识别“最等电”的ECG导联，即具有最小QRS复合波和其中最大值和最小值最相似(以绝对项)的ECG导联。
在步骤304中确定最等电ECG导联之后，然后在步骤306中，可以通过确定垂直于与最等电ECG导联相关联的虚拟轴的方向来识别QRS轴54。例如，参考图5，第三ECG导联是最等电ECG导联，并且因此QRS轴54的方向可以被确定为垂直于互连ECG电极9c和9f的虚拟轴。
将意识到，取决于ECG电极布置8中的ECG电极9的数目以及它们相对于彼此的相应布置，实际QRS轴54落在两个相邻ECG导联之间的某处是可能的。因此，在备选方法中，可以在步骤304中识别最等电ECG导联以及下一最等电导联(其应当是具有第二低QRS幅度的两个相邻ECG导联之一)。被认为正交于QRS轴54的中间虚拟轴可以被确定为两个最等电ECG导联的虚拟轴的几何平均值(或加权平均值)。该中间虚拟轴倾向于提供与QRS轴54正交的方向的更好近似。
作为该备选方法的范例，考虑在图4中，第四ECG导联是最等电ECG导联。第四ECG导联与第五ECG导联成45°取向。用于第四ECG导联的QRS复合波示出了400毫伏mV的幅度(从-200mV到+200mV)，并且相邻的第三ECG导联(其与第五ECG导联成90°取向)示出了600mV的QRS幅度(从-200mV到+400mV)。因此，中间虚拟轴(即，对应于将正交于QRS轴54的ECG导联的方向)位于第三ECG导联与第四ECG导联之间，其中，角度与两个ECG导联的QRS复合波的幅度成比例。该中间虚拟轴的角度(指代αISO)可以确定为具有最低QRS幅度的两个相邻ECG导联(第三ECG导联和第四ECG导联)的角度的加权平均。根据提供的范例，第四ECG导联具有最低QRS复合波，而第三ECG导联具有第二低QRS复合波。因此，αISO可以由以下等式给出：
αISO＝αfc+Vfc/(Vfd+Vfc).(αfd–αfc) (1)
其中，αfc是第三ECG导联(其包括ECG电极9c和9f)相对于传感器6的测量轴的角度，αfd是第四ECG导联(其包括ECG电极9d和9f)相对于传感器6的测量轴的角度，Vfc是由第三ECG导联测量的QRS复合波的电压，并且Vfd是由第四ECG导联测量的QRS复合波的电压。如上所述，中间虚拟轴的角度(αISO)表示在可穿戴设备4的参考系中垂直于QRS轴54的轴的角度。
在任选的步骤308中，可穿戴设备4的参考系中的尾颅轴56的方向可以通过将旋转角应用于垂直于在步骤306中识别的最等电ECG导联的方向来确定。因此，尾颅轴56相对于可穿戴设备4(表示αCAUDO-CRANIAL)的角度可以通过以下等式给出：
α尾颅＝αISO–π/2–αQRSax (2)
其中，αQRSax是QRS轴54与尾颅轴56之间的角度。对于典型的对象，αQRSax＝距尾颅轴向左38°。在一些实施例中，αQRSax的值可以个性化到对象。特别地，心脏的取向，以及因此在对象的参考系中的QRS轴54的取向，可以根据例如对象的体重、身体质量指数、和/或能够影响QRS轴54与尾颅方向56之间的角度的其他因子，诸如疾病状态(例如心力衰竭、心肌病和结构性心脏病)。在一些实施例中，来自3导联或12导联ECG检查的信息可以被用于准确确定对象的参考系中的QRS轴54的角度(αQRSax)。
在步骤310中，确定通过该组ECG导联的QRS信号(QRS复合波)的极性的变化。例如，考虑图2(c)中的ECG电极布置8，如果当考虑第一ECG导联到第五ECG导联时，QRS复合波趋向于变得更负或更正，然后这可以指示QRS轴54是否朝向由第一ECG导联或第五ECG导联定义的虚拟轴取向。该信息可以被用于调节QRS轴角度(αQRSax)的符号并且识别解剖左方向(步骤312)。
一旦在可穿戴设备4的参考系中确定了尾颅角和中外侧左方向(其在概念上等同于对象的参考系中的可穿戴设备4的取向(角度))，在步骤314中，可以确定旋转矩阵(R)，其使得在加速度计6的参考系中获得的加速度测量结果能够旋转到对象的参考系中(即，相对于QRS轴54、尾颅轴56或对象的参考系中的任何其他期望轴)。因此，旋转矩阵有效地使得能够处理加速度测量结果，使得加速度计6的每个轴在对象的参考系中正测量例如尾颅、中外侧和前向方向上的加速度。应当注意，可假设身体的前向方向与可穿戴设备4垂直并从其面向外。旋转矩阵R可以通过以下等式给出：
Figure BDA0003495617010000101
因此，加速度计6可以相对于对象的人体测量轴进行校准和取向(在可穿戴设备4的平面内)。
在一些实施例中，ECG电极布置8还可以被用于确定对象的一个或多个生理特性，诸如心率、心率变异性或脉搏到达时间(其可以被用于估计血压)。在这种情况下，仅分析来自提供最大的最大值V的ECG导联的ECG信号以确定生理特性的值。在图5的范例中，该ECG导联将是包括ECG电极9e和9f的导联。
在一些实施例中，一旦已经确定了可穿戴设备4相对于对象50的取向，则通过ECG电极布置8获得的ECG信号还可以被用于估计对象50的身体上的可穿戴设备4相对于对象的心脏52的位置。这可以参考图5来解释。在图5中，第一ECG导联(包括ECG电极9a和9f)和第五ECG导联(包括ECG电极9e和9f)一起形成一条直线；换句话说，第一ECG导联在与第五ECG导联相同的方向上。当ECG电极布置8处于图5所示的对象50的身体上的位置和取向时，Vfa(其是由第一ECG导联测量的QRS复合波的电压)的幅度将小于Vef的幅度(来自第五ECG导联)，其可以在图5的图(a)和(e)中看到。结合已经确定了如上文所描述的对象50上的可穿戴设备4的取向，Vef的幅度更高隐含ECG电极9a比ECG电极9e更远离心脏52，并且因此可穿戴设备4高于心脏52放置。当胸部的形状(包括在对象是女性的情况下的乳房的形状)已知时，可以使用关于可穿戴设备4的位置的信息。例如，对于乳房，当可穿戴设备4被放置在心脏上面更高时，皮肤相对于尾颅轴56的角度变得更小。关于皮肤(以及因此可穿戴设备4)相对于尾颅轴56的角度的信息可以被用于更准确地确定对象50的姿势。
图6中的流程图图示了根据本文所描述的技术的校准传感器6的一般方法。方法的步骤中的一个或多个可以由装置10中的处理单元12酌情结合传感器6(例如加速度计)、ECG电极布置8、存储器单元14、接口电路16和用户接口18中的任一个执行。处理单元12可以响应于运行计算机程序代码而执行一个或多个步骤，该计算机程序代码可以存储在计算机可读介质上，诸如例如存储器单元14上。
如上所述，ECG电极布置8的三个或更多个ECG电极9相对于彼此处于预定义布置中，并且传感器6具有相对于ECG电极布置8在预定取向上的测量轴。关于ECG电极9相对于彼此的预定义布置的信息可以存储在存储器单元14中。关于传感器6的测量轴相对于预定义ECG电极9的预定义取向的信息也可以存储在存储器单元14中。
在第一步(步骤602)中，处理单元12基于由ECG电极9的相应对获得的ECG信号确定对象50的参考系中的ECG电极布置8的取向。
步骤602可以包括在处理单元12的控制下使用ECG电极布置8获得ECG信号的子步骤。在这种情况下，当可穿戴设备4正被携带或穿戴在对象50上时，至少可以执行步骤602的该子步骤，并且处理单元12可以直接从ECG电极布置8获得ECG信号(在装置10是可穿戴设备4的部分的实施例中)，或者经由装置10中的接口电路16和可穿戴设备4中的接口电路20获得ECG信号(在装置10与可穿戴设备4分离的实施例中)。备选地，步骤602可以包括子步骤，其中，先前获得的ECG信号从存储器或存储设备(例如从存储器单元14)检索，或者从另一部件或设备接收(例如从可穿戴设备4接收)并且分析。在这种情况下，那些ECG信号能够已经在处理单元12或可穿戴设备4的控制下由ECG电极布置8获得(如果可穿戴设备4与装置10分离)。而且在这种情况下，步骤602的至少该子步骤可以在可穿戴设备4(仍然)被携带或穿戴在对象50上时被执行，或者其可以当可穿戴设备4不再由对象50穿戴或携带时在稍后时间执行(例如在ECG信号的分析和校准传感器6正在离线执行的实施例中)。
在任一情况下，对于定义在ECG电极布置8中的ECG导联中的每个，获得相应的ECG信号。ECG信号可以全部与相同的时间段有关(以确保在ECG测量结果之间的可穿戴设备4的取向没有变化)。备选地，如果可穿戴设备4的取向不太可能随时间而改变，即，如果一旦可穿戴设备4正被穿戴可穿戴设备4相对于对象50的取向不改变，例如，如果可穿戴设备4经由胸带或带子附接到对象50，那么为ECG导联中的每个获得的相应ECG信号不必全部与相同的时间段有关。
在步骤602中，处理单元12分析ECG信号以识别展现或最好展现出特定ECG信号特性(诸如QRS复合波或R峰)的一对或多对ECG电极9(即，一个或多个ECG导联)。ECG电极布置8中识别的ECG导联的取向是已知的，与对象50的心脏52有关的参考轴(例如QRS轴)的取向也是已知的，沿着该参考轴，特定ECG特性最强或最弱(酌情)，其意指可以确定对象50的参考系中的ECG电极布置8的取向。
因此，在一些实施例中，处理单元12通过以下操作来确定ECG电极布置8的取向：识别ECG电极布置8中的一对ECG电极9，针对其，由ECG电极对获得的ECG信号满足与预定义ECG信号特性有关的准则；并且基于由所识别的ECG电极对中的ECG电极9定义的第一虚拟轴和参考轴与预定义ECG信号特性之间的关系确定ECG电极布置8相对于对象50的参考系的取向。
在备选实施例(其能够是有用的，其中，期望更高的准确度以校准传感器6，其中，ECG电极布置8定义少量ECG导联，和/或其中，由ECG电极布置8定义的ECG导联的取向之间的差异相对大)中，可以假定参考轴位于由相邻ECG电极9的两个相邻对定义的虚拟轴之间，并且应当确定细化的虚拟轴。因此，处理单元12通过以下操作来确定ECG电极布置8的取向：识别ECG电极布置8中的ECG电极9的两个相邻对，针对其，相应ECG信号最佳地满足与预定义ECG信号特性有关的准则；并且确定第一虚拟轴(对应于参考轴)作为两个相邻ECG电极对的虚拟轴之间的轴。然后，基于第一虚拟轴和参考轴与预定义ECG信号特性之间的关系来确定ECG电极布置8相对于对象50的参考系的取向。
在上述实施例组中的任一个中，预定义ECG信号特性可以是QRS复合波，并且由具有最小QRS复合波和/或最大电压幅度和最小电压幅度的最小差异的ECG信号满足或最好满足该准则。在这些实施例中，对象50的参考系中的参考轴可以是对象50的心脏52的QRS轴54。在确定对象50的参考系中的可穿戴设备4的取向时，第一虚拟轴被认为垂直于或基本上垂直于QRS轴。
在上述实施例组中的任一个中，预定义ECG信号特性可以是R峰，并且由具有最大R峰和/或最大电压幅度和最小电压幅度的最大差异的ECG信号满足或最好满足该准则。在这些实施例中，对象50的参考系中的参考轴可以是对象50的心脏52的QRS轴54。在确定对象50的参考系中的可穿戴设备4的取向时，第一虚拟轴被认为平行于或基本上平行于QRS轴。
一旦已经在步骤602中确定了在对象50的参考系中的可穿戴设备4/ECG电极布置8的取向，那么在步骤604中处理单元12确定传感器6的测量轴与对象50的参考系之间的关系。该关系基于在步骤602中确定的对象的参考系中的ECG电极布置8的取向和传感器6相对于ECG电极布置8的测量轴的预定义(已知)取向来确定。将意识到，在一些实施例中，该步骤可以包括将传感器6的测量轴相对于ECG电极布置8的预定义取向(其可以表达为一个或多个角度)应用于在步骤602中确定的取向。该关系可以被确定为对象50的参考系(或对象50的参考系中的轴，诸如QRS轴54或尾颅轴56)之间的旋转。旋转可以表达为相对于对象50的参考系或传感器6的参考系中的一个或多个轴的一个或多个旋转角，或为旋转矩阵。
在参考轴是QRS轴54的上述实施例中，方法还可以包括处理单元12确定由最满足准则的ECG电极对获得的ECG信号的极性。极性指示ECG电极布置8的参考系中的QRS轴的方向，并且因此处理单元12可以使用极性来确定ECG电极布置8相对于对象的左侧和右侧的取向。在这些实施例中，在步骤604中，处理单元12然后可以基于确定的ECG电极布置8相对于对象的左侧和右侧的取向来确定传感器6的测量轴与对象的参考系之间的关系。
在一些情况中，对象50的参考系中的参考轴的取向可能因对象而异。即，针对一个对象的QRS轴54相对于尾颅轴56的取向可以不同于针对另一对象的该取向。因此，在步骤601中，可穿戴设备4/ECG相对于对象50的参考系的取向可以考虑对象的一个或多个生理特性和/或关于对象的临床信息，诸如对象50中的QRS轴54的取向或对象的心脏52的取向。在其他实施例中，可以假设QRS轴54的取向具有相对于对象50的身体的标准取向，例如距尾颅轴56向左38°。
在一些情况下，可穿戴设备4的取向能够受到对象50的胸部的形状影响(特别地在可穿戴设备4被携带或穿戴在乳房上和/或对象50超重的情况下)，并且因此，在一些实施例中处理单元12可以在步骤604中基于可穿戴设备要被穿戴在其上的对象的身体的部分的形状来确定传感器6的测量轴与所述对象的参考系之间的关系。特别地，当可穿戴设备4穿戴在上胸部时，可以考虑胸部的形状来识别心脏驻留在其上的矢状面与穿戴可穿戴设备4并测量ECG信号的身体的表面之间的角度。因此，矢状面的最终取向可以相对于对象的参考系中的尾颅轴或其他轴的方向倾斜与皮肤的曲率成正比的角度。作为另一范例，当可穿戴设备4穿戴在锁骨中部左下肋骨水平时，可以考虑该位置处的身体的形状以识别穿戴可穿戴设备4和测量ECG信号的身体的表面与矢状面、前平面(即，将身体分成前和后部分的平面)和横平面(即将身体分成顶部和底部部分的平面)中的每个之间的角度。因此，矢状面、前平面和横平面的最终取向可以相对于对象的参考系中的尾颅轴或其他轴的方向倾斜与皮肤的曲率成比例的角度。
如上所述，在步骤604中确定的关系可以是从一个参考系(即传感器6或对象的)到另一个参考系(即对象或传感器6的)的旋转。该旋转可以被用于将传感器6的参考系中的传感器6获得的测量结果旋转到对象50的参考系中。备选地，旋转可以被用于将对象50的参考系中定义的一个或多个参数和/或规则旋转到传感器6的参考系中，使得来自传感器6的测量结果可以使用(一个或多个)旋转参数和/或(一个或多个)规则来评价。
例如，一个或多个参数和/或规则可以被用于根据加速度测量结果确定对象50的姿势，具有：第一规则，即如果加速度在对象50的参考系中的垂直方向上(例如沿着z轴)，则对象50正站立；第二规则，即如果加速度在对象50的参考系中的水平(向前)方向上，则对象50正仰卧；第三规则，即如果加速度在对象50的参考系中的水平(横向)方向上(例如沿着x轴)，则对象50正侧卧。在步骤604中确定的旋转可以被用于将规则旋转到加速度计6的参考系中。
在一些实施例中，图6中的方法还可以包括步骤606，其中，处理单元12从传感器6采集或获得测量结果。在可穿戴设备4正由对象50携带或穿戴时，传感器6测量对象50。对象的测量结果在时间段期间与对象有关(其可以是与ECG信号有关的相同时间段)。在步骤606中，处理单元12可以直接从传感器6(在装置10是可穿戴设备4的部分的实施例中)或经由装置10中的接口电路16和可穿戴设备4中的接口电路20获得测量结果(在装置10与可穿戴设备4分离的实施例中)。备选地，步骤606可以包括处理单元12从存储器或存储设备(例如从存储器单元14)获得或检索先前获得的传感器测量结果，或者从另一部件或设备接收(例如从可穿戴设备4接收)。在这种情况下，那些测量结果能够已经在处理单元12或可穿戴设备4的控制下由传感器6获得(如果可穿戴设备4与装置10分离)。
在一些实施例中，在步骤608中，在步骤604中确定的旋转可以应用于从传感器6采集的测量结果，以将所采集的测量结果旋转到对象50的参考系中。然后，可以使用相对于对象50的参考系定义的一个或多个参数和/或规则来评价经旋转的测量结果。例如，一个或多个参数和/或规则可以用于确定对象的姿势。
在步骤608的备选实施例中，在步骤604中确定的旋转可以应用于一个或多个参数和/或规则以将一个或多个参数和/或规则旋转到传感器6的参考系中。然后可以使用旋转的一个或多个参数和/或规则来评价所采集的测量结果。例如，一个或多个参数和/或规则可以用于确定对象的姿势。
因此，以上技术提供了关于用于校准传感器的现有技术的限制中的至少一些被解决。特别地，包括传感器6的可穿戴设备4可以以任何取向放置在对象50上，并且确定取向并因此校准传感器6以考虑该取向是可能的。此外，确定对象50的心脏52的QRS轴54相对于可穿戴设备4的取向(可选地确定对象50的尾颅轴56的取向)，并且基于该确定的取向校准可穿戴设备4的传感器6提供了对传感器6的更可靠和更准确的校准。此外，可以在没有关于可穿戴设备4的取向的任何先验知识、仅ECG电极布置8中的ECG电极9的取向和布置以及ECG电极布置8相对于传感器6的测量轴的取向的情况下实现传感器6的校准。也可以在不要求对象50进行任何特定活动或移动(例如直立行走)的情况下实现校准。
因此，本文提供了一种用于校准传感器的改进技术，其解决了与现有技术相关联的限制。
表达“布置用于”旨在等同于如“包括用于……的模块”、“适于”、或“被配置为”的表达，并且用于指示装置不仅仅适合于特定任务。
通过研究附图、公开内容和权利要求书，本领域的技术人员在实践本文所描述的原理和技术时可以理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或者步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以存储或分布在适合的介质上，诸如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质上，但是计算机程序也可以以其他形式分布，诸如经由因特网或其他有线或无线电信系统分布。权利要求中的任何附图标记不应解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种被布置用于将可穿戴设备(4)的传感器(6)校准到对象(50)的参考系的装置(10)，所述可穿戴设备(4)被穿戴在所述对象上，所述可穿戴设备(4)包括：ECG电极布置(8)，其包括相对于彼此处于预定义布置中的三个或更多个ECG电极(9)；以及所述传感器(6)，其被布置用于直接或间接测量所述对象(50)随时间的移动，并且具有相对于所述ECG电极布置(8)的预定义取向上的测量轴，所述装置(10)包括处理单元(12)，所述处理单元被配置为：
处理由所述ECG电极(9)的相应对获得的ECG信号以确定所述ECG电极布置(8)在所述对象(50)的所述参考系中的取向(602)，其中，所述对象(50)的所述参考系包括与所述对象(50)的心脏(52)有关的参考轴，其中，所述参考轴与预定义ECG信号特性有关；
处理所确定的所述ECG电极布置(8)在所述对象(50)的所述参考系中的取向和所述测量轴相对于所述ECG电极布置(8)的所述预定义取向以确定所述传感器(6)的所述测量轴与所述对象(50)的所述参考系之间的关系(604)；并且
基于所述传感器(6)的所述测量轴与所述对象(50)的所述参考系之间的所确定的关系将所述传感器(6)校准到所述对象(50)的所述参考系。
2.根据权利要求1所述的装置(10)，其中，所述处理单元(12)被配置为通过以下操作来确定所述ECG电极布置(8)的所述取向：
识别所述ECG电极布置(8)中的ECG电极对，针对所述ECG电极对，由所述ECG电极对获得的所述ECG信号满足与所述预定义ECG信号特性有关的准则；并且
基于所述参考轴与所述预定义ECG信号特性之间的关系和由所识别的ECG电极对中的所述ECG电极(9)定义的第一虚拟轴来确定所述ECG电极布置(8)相对于所述对象(50)的所述参考系的所述取向。
3.根据权利要求1所述的装置(10)，其中，所述处理单元(12)被配置为通过以下操作来确定所述ECG电极布置(8)的所述取向：
识别所述ECG电极布置(8)中的两个相邻ECG电极对，针对所述两个相邻ECG电极对，由所述两个相邻ECG电极对获得的所述ECG信号最好地满足与所述预定义ECG信号特性有关的准则；
将第一虚拟轴确定为由所识别的ECG电极对中的第一ECG电极对中的所述ECG电极(9)定义的虚拟轴与由所识别的ECG电极对中的另一ECG电极对中的所述ECG电极(9)定义的虚拟轴之间的虚拟轴；并且
基于所述参考轴与所述预定义ECG信号特性之间的所述关系和所述第一虚拟轴来确定所述ECG电极布置(8)相对于所述对象(50)的所述参考系的所述取向。
4.根据权利要求2或3所述的装置(10)，其中，所述预定义ECG信号特征是QRS复合波，并且所述准则由具有最小QRS复合波的所述ECG信号来满足；或由具有最大电压幅度和最小电压幅度的最小差异的所述ECG信号来满足。
5.根据权利要求2或3所述的装置，其中，所述预定义ECG信号特性是R峰，并且所述准则由具有最大R峰的所述ECG信号满足；或者由具有最大电压幅度和最小电压幅度的最大差异的所述ECG信号满足。
6.根据权利要求2-5中的任一项所述的装置(10)，其中，所述对象(50)的所述参考系中的所述参考轴的所述取向取决于所述对象(50)的一个或多个生理特性和/或关于所述对象(50)的临床信息。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的装置(10)，其中，所述处理单元(12)还被配置为基于要穿戴所述可穿戴设备(4)的所述对象(50)的身体的部分的形状来确定所述传感器(6)的所述测量轴与所述对象(50)的所述参考系之间的所述关系。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的装置(10)，其中，所述传感器(6)的所述测量轴与所述对象(50)的所述参考系之间的所确定的关系是执行以下操作所要求的旋转：(i)将由所述传感器(6)在所述传感器(6)的参考系中获得的测量结果旋转到所述对象(50)的所述参考系中，和/或(ii)将所述对象(50)的所述参考系中定义的一个或多个参数或规则旋转到所述传感器(6)的所述参考系中。
9.根据权利要求8所述的装置(10)，其中，所述处理单元(12)还被配置为：
从所述传感器(6)采集测量结果；
将所述旋转应用于所采集的测量结果以将所采集的测量结果旋转到所述对象(50)的所述参考系中；并且
使用相对于所述对象(50)的所述参考系所定义的一个或多个参数和/或规则来评价经旋转的测量结果以确定所述对象(50)的姿势。
10.根据权利要求8所述的装置(10)，其中，所述处理单元(12)还被配置为：
从所述传感器(6)采集测量结果；
将所述旋转应用于相对于所述对象(50)的所述参考系定义的一个或多个参数和/或规则，以将所述一个或多个参数和/或规则旋转到所述传感器(6)的所述参考系中；并且
使用经旋转的一个或多个参数和/或规则来评价所采集的测量结果以确定所述对象(50)的姿势。
11.一种被布置用于将可穿戴设备(4)的传感器(6)校准到对象(50)的参考系的系统(2)，所述可穿戴设备(4)被穿戴在所述对象上，所述系统(2)包括：
根据权利要求1-10中的任一项所述的装置(10)；以及
所述可穿戴设备(4)，其包括：
所述ECG电极布置(8)，其包括相对于彼此处于预定义布置中的三个或更多个ECG电极(9)；以及
所述传感器(6)，其被布置用于直接或间接测量所述对象(50)随时间的移动，并且具有相对于所述ECG电极布置(8)的所述预定义取向上的所述测量轴。
12.一种将可穿戴设备(4)的传感器(6)校准到对象(50)的参考系的方法，所述可穿戴设备被穿戴在所述对象上，所述可穿戴设备包括：ECG电极布置(8)，其包括相对于彼此处于预定义布置中的三个或更多个ECG电极(9)；以及所述传感器(6)，其被布置用于直接或间接测量所述对象(50)随时间的移动，并且具有相对于所述ECG电极布置(8)的预定义取向上的测量轴，所述方法包括：
处理由所述ECG电极(9)的相应对获得的ECG信号以确定所述ECG电极布置(8)在所述对象(50)的参考系中的取向(602)，其中，所述对象(50)的所述参考系包括与所述对象(50)的心脏(52)有关的参考轴，其中，所述参考轴与预定义ECG信号特性有关；
处理所确定的所述ECG电极布置(8)在所述对象(50)的所述参考系中的取向和所述测量轴相对于所述ECG电极布置(8)的所述预定义取向以确定所述传感器(6)的所述测量轴与所述对象(50)的所述参考系之间的关系(604)；并且
基于所述传感器(6)的所述测量轴与所述对象(50)的所述参考系之间的所确定的关系将所述传感器(6)校准到所述对象(50)的所述参考系。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述传感器(6)的所述测量轴与所述对象(50)的所述参考系之间的所确定的关系是执行以下操作所要求的旋转：将由所述传感器(6)在所述传感器(6)的参考系中获得的测量结果旋转到所述对象(50)的所述参考系中，并且所述方法还包括：
从所述传感器(6)采集测量结果；
将所述旋转应用于所采集的测量结果以将所采集的测量结果旋转到所述对象(50)的所述参考系中；并且
使用相对于所述对象(50)的所述参考系所定义的一个或多个参数和/或规则来评价经旋转的测量结果以确定所述对象(50)的姿势。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述传感器(6)的所述测量轴与所述对象(50)的所述参考系之间的所确定的关系是执行以下操作所要求的旋转：将所述对象(50)的所述参考系中定义的一个或多个参数或规则旋转到所述传感器(6)的所述参考系中，并且所述方法还包括：
从所述传感器(6)采集测量结果；
将所述旋转应用于相对于所述对象(50)的所述参考系定义的一个或多个参数和/或规则，以将所述一个或多个参数和/或规则旋转到所述传感器(6)的所述参考系中；并且
使用经旋转的一个或多个参数和/或规则来评价所采集的测量结果以确定所述对象(50)的姿势。
15.一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，所述计算机可读介质具有实现在其中的计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置为使得在由适合的计算机或处理单元(12)运行时使所述计算机或处理单元(12)执行根据权利要求12-14中的任一项所述的方法。
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