CN115334969A - 带无线耳塞的心脏监测系统 - Google Patents

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Abstract

为了使用心电图、ECG或EKG方法测量心脏活动，心脏活动测量系统与听筒(例如耳机或耳塞)集成在一起，其电极连接到皮肤。所述设备包括心脏活动传感器和至少两个电极，其中第一电极与用户耳朵内的皮肤接触，并且第二电极与用户手指的皮肤接触。所述心脏活动传感器可以测量由至少两个电极之间的心肌生成的电信号，并将心脏活动信息无线传输到主机装置，例如智能手机或智能手表。

Description

带无线耳塞的心脏监测系统
技术领域
本公开总体上涉及便携式心脏活动监测器、便携式心电图(ECG/EKG)监测系统、声音回放和记录装置以及类似装置。更具体地，本公开涉及一种将心脏活动测量传感器与无线耳机集成在一起的设备。
背景技术
观察心脏活动是许多人保持健康生活方式的重要因素。发现跟踪和记录心脏活动数据是有利的，尤其是在体育锻炼期间或压力条件下。已知有许多设计用于监测人类心脏活动的装置。例如，最常见的装置是心率监测器，其包括具有两个电触点的胸带，所述两个电触点应当接触用户的胸部并使所述心率监测器能够测量人的心率。许多人发现这种类型的心率监测器不方便使用。
其他心率监测器涉及基于光学或基于光的技术。这些心率监测器通常包括光源和光检测器。光从光源发出，通过用户的皮肤被引导到血管，并且反射光由光检测器感测。心率监测器还测量用户血管内的血液运动以确定心脏活动。基于光的心率监测器通常被集成到可穿戴配件中，例如手表、腕带、臂带、耳机等。基于光的心率监测器的一个众所周知的缺点包括心率测量的不一致，尤其是当用户运动时。
心电图装置已被证明是更可靠的，但它们通常是笨重的、不可携带的，或者需要额外的装置连接到用户的胸部。还发现心电图装置在运动中使用不方便。因此，在本领域中仍然需要改进心脏活动监测器，使其更可靠、用户友好并与现有的可穿戴装置、时尚配件和服装集成。
发明内容
提供本部分以简化形式介绍本公开的实施例的各方面，下面在示例性实施例的详细描述的部分中进一步描述这些方面。本发明内容不旨在识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用作确定所要求保护的主题的范围的辅助。本公开的实施例的各方面被设计成克服本领域中已知的至少一些缺点。
根据本公开的一个方面，提供了一种用于心脏活动监测的设备(还被称为心脏监测传感器或简称为传感器)。该设备是通常称为心脏检测器或HRM的装置，该装置被集成到人类通常使用的无线耳机或耳塞中。心脏监测设备使用心电图(ECG或EKG)方法，其中至少两个电极连接到皮肤上。
可与心脏监测传感器集成的可穿戴装置和附件包括但不限于：带有入耳式耳机、骨传导耳机和单耳耳机或耳塞的耳机。耳机可以是左右耳的立体声，也可以是单个单声道耳塞。立体声耳机通常被称为真正的无线立体声耳机，其中左右耳塞没有连接线，并且作为一个耳机系统从主主机装置无线传输立体声。
心脏监测设备包括至少一个传感器和至少两个连接到人的皮肤的电极。带有电极的设备可以集成到现有装置中或设计为新装置。所述设备可以检测心肌产生的模拟波形电信号，将其转换为数字格式，计算例如ECG方法中使用的P、Q、R、S、T点、RR间期、心率、心率变异性等心脏活动数据，并计算心房颤动的概率和其他心脏活动参数。所述设备可以可听地通知用户关于心脏活动，并将ECG波形数据连同用户的可听叙述一起传输到主机装置，例如智能手机、智能手表或通常被称为主机的其他监测装置。主机还可以处理信号，显示和在本地存储器上存储心脏活动数据，或者上传到用户定义的云服务。
示例的附加目的、优点和新颖特征将在下面的描述中部分地阐述，并且对于本领域技术人员在检查以下描述和附图时将部分地变得显而易见，或者可以通过示例的生产或操作来学习。所述概念的目的和优点可以通过在所附权利要求中特别指出的方法、手段和组合来实现和获得。
附图说明
在所附的附图中通过示例而非限制的方式示出了实施例，在附图中，相同的附图标记指示类似的元件，并且其中：
图1示出了心脏监测系统的框图；
图2示出了与一个无线听筒设计集成的心脏监测传感器的一个实施例；
图3示出了与无线听筒集成的心脏监测传感器的一个实施例的横截面视图；
图4A示出了用户的左视图，其示出了该用户如何佩戴带有心脏监测传感器的听筒的一个示例；
图4B示出了用户的左视图，其示出了该用户如何使用带有心脏监测传感器的听筒的一个示例；
图5示出了与无线听筒集成的心脏监测传感器的另一实施例的横截面视图；
图6A示出了耳朵的侧视图，其示出了用户如何佩戴带有心脏监测传感器的听筒的示例；
图6B示出了耳朵的侧视图，其示出了用户如何使用带有心脏监测传感器的听筒的示例；
图7是示出用户与心脏监测系统交互的框图；
图8是示出听筒中的心脏监测传感器的逻辑的框图；
图9是示出与心脏监测传感器耦合的主机装置的逻辑的框图；
具体实施方式
简介
实施例的以下详细描述包括对形成详细描述的一部分的附图的参考。在本节中描述的方法不是权利要求的现有技术，并且通过包含在本节中不被承认为现有技术。附图示出了根据示例性实施例的图示。这些示例实施例(在本文中也被称为“示例”)被足够详细地描述，以使本领域技术人员能够实践本发明的主题。在不脱离所要求保护的范围的情况下，可以组合实施例，可以利用其他实施例，或者可以进行结构、逻辑和操作上的改变。因此，以下详细描述不应被视为限制意义，并且范围由所附权利要求及其等同物限定。
现在将参考用于心脏活动监测的头戴式耳机或设备来呈现实施例的各方面。这些头戴式耳机和设备可以使用电子硬件、计算机软件或其任何组合来实现。本公开的这些方面是作为硬件还是软件来实现取决于施加在整个系统上的特定应用和设计约束。举例来说，元件或元件的任何部分或元件的任何组合可以用“数据处理器”来实现，所述“数据处理器”包括：一个或多个微处理器、微控制器(MCU)、中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、状态机、门控逻辑、分立硬件电路和其他被配置为执行贯穿本公开描述的各种功能的合适硬件。数据处理器可以执行软件、固件或中间件(统称为“软件”)。术语“软件”应广义地解释为意指：指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件组件、应用程序、软件应用程序、软件包、例程、子例程、对象、可执行文件、执行线程、过程、函数等，无论是被称为软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言还是其他。
因此，在一个或多个实施例中，本文描述的功能可以以硬件、软件或其任何组合来实现。如果以软件实现，则功能可以被存储在或被编码为非暂时性计算机可读介质上的一个或多个指令或代码。计算机可读介质包括计算机存储介质。存储介质可以是计算机可以访问的任何可用介质。作为示例而非限制，这样的计算机可读介质可以包括：随机存取存储器、只读存储器、电可擦除可编程只读存储器、磁盘存储器、固态存储器或任何其他数据存储装置、上述类型的计算机可读介质的组合，或可用于以计算机可访问的指令或数据结构的形式存储计算机可执行代码的任何其他介质。
出于本专利文件的目的，术语“或”和“和”应表示“和/或”，除非在其使用的上下文中另有说明或另有明确意图。除非另有说明或使用“一个或多个”明显不适当，否则术语“一个”应指“一个或多个”。术语“包含”、“组成”、“包括”和“含有”是可互换的，而不是旨在限制。例如，术语“包括”应被解释为意指：“包括但不限于”。
还应当理解，术语“第一”、“第二”、“第三”等可以在本文中用于描述各种元件。这些术语用于将一个元件与另一个元件区分开，但不暗示所需的元件序列。例如，在不脱离本教导的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。此外，应当理解，当元件被称为“在”或“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以直接在或连接或耦合到另一元件上，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在”或“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在中间元件。
术语“主机装置”应被解释为意指：具有数据处理和数据通信能力的任何计算或电子装置，包括但不限于：移动装置、蜂窝电话、移动电话、智能电话、互联网电话、用户设备、移动终端、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑、工作站、瘦客户机、个人数字助理、多媒体播放器、导航系统、游戏机、可穿戴电脑、智能手表、娱乐系统、信息娱乐系统、车载电脑、自行车电脑或虚拟现实装置。
术语“听筒”应被解释为意指：为了输出音频信号或降噪目的而可以放置在用户的外耳中或附近的任何装置。术语“听筒”还应意指以下任何或所有，或应解释为意指以下中的一个或多个是“听筒”的元件：头戴式耳机(headphone)、耳塞(earbud)、耳机(earphone)、耳扬声器(ear speaker)、耳罩(ear pod)、耳塞(ear insert)、助听器装置和耳内声学装置。
术语“头戴式耳机(headset)”应被解释为意指：仅包括至少一个头戴式耳机的装置或包括至少一个头戴式耳机和麦克风的装置。因此，头戴式耳机可以由单听筒(单声道)或双听筒(双耳单声道或立体声)制成。术语“头戴式耳机”在本文中用于表示保持靠近用户耳朵的一对扬声器或扩音器。头戴式耳机的示例可以是：绕耳式、耳挂式、耳塞式和入耳式耳机。入耳式耳机是小型头戴式耳机，有时也被称为耳塞，插入耳道或装在外耳中。尽管本公开的实施例限于有线头戴式耳机，但是本领域技术人员将理解，可以用无线头戴式耳机或无线头戴式耳机来实现相同或类似的实施例。
术语“心脏活动”应被解释为意指：人类心脏的任何重要的、自然的或生物的活动，包括心跳或心脏电活动。术语“心脏活动信号”应被解释为意指：表征用户的心脏活动的模拟信号。术语“心脏活动数据”应被解释为意指：表征用户的心脏活动的任何数字数据。心脏活动信号的一些示例包括但不限于：心电图(ECG或EKG)信号、心脏活动波信号或心脏活动脉冲信号。心脏活动数据的一些示例包括但不限于：心率、每分钟心跳、心脏变异率、心律、以数字形式表示的心电图(ECG或EKG)或与心脏活动相关联的任何其他重要或生物医学数据。
如上所述，本公开的实施例的各方面提供了一种用于心脏活动监测的设备。换句话说，本公开的实施例将心脏活动测量传感器集成到听筒中。心脏活动测量传感器通常被配置为感测、检测或测量用户的一个或多个心脏活动，基于生成心脏活动数据，并将心脏活动数据传输或致使传输到主机装置(例如智能电话或智能手表)以用于进一步处理、记录在存储器中或显示。
心脏活动测量传感器包括至少两个电极，所述至少两个电极被配置为直接连接到用户的皮肤。在一个实施例中，第一电极放置在耳朵内部、外耳上或耳道中，并与皮肤建立可靠的电接触。所述第二电极为用户的手指提供接触。在一些实施方式中，心脏活动测量传感器可以并入听筒的听筒控制器中。
在集成到听筒中的心脏活动测量传感器的另一个实施例中，第三电极被定位成使得其与耳垂、下巴、脸颊、耳朵后面的皮肤或与另一耳朵建立接触。
心脏活动测量设备还可以包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器耦合到电极并且被配置为测量由电极捕获并由心肌生成的电信号，滤波ECG信号，处理该ECG信号，从ECG信号计算各种心脏数据，并将心脏数据传输到主机装置。
设备架构
现在参考附图，描述示例性实施例。附图是理想化示例实施例的示意图。因此，本文所讨论的示例实施例不应被解释为限于本文所呈现的特定图示，相反，这些示例实施例可以包括偏离并且不同于本文所呈现的图示。
图1示出了表示心脏监测系统100的示例的框图，该心脏监测系统100包括至少一个听筒101和至少一个主机装置119。听筒101包括两个逻辑子系统：音频子系统和心脏监测子系统或HRM子系统。为了传输音频和人类心脏活动特性，两个子系统都可以独立运行并通过无线协议(例如蓝牙、ANT+、ZigBee或专有无线协议)连接到主机119。
在最小配置中，HRM子系统包括：2个电极103和104、模拟前端(AFE)109、无线发射器(TRX)107和电池121。在一些实施例中，HRM子系统还可以具有调制器(MD)110和音频编解码器(AC)112。在另一个实施例中，HRM子系统可以具有微控制器(MCU)113、数据存储器(DS)117。HRM子系统还可以具有第三电极105。在最小配置中的音频子系统包括：至少一个扬声器或驱动器114、至少一个麦克风115、音频编解码器(AC)112、无线发射器(TRX)107和电池121。在另一个实施例中，音频子系统还可以具有微控制器(MCU)113、数据存储器(DS)117。具有本领域普通技术的人员将意识到，HRM子系统和音频子系统的划分是用于系统不同部分的逻辑划分，并且不限于每个子系统中的组件数量。实际上，某些组件在两个子系统之间共享，其他组件仅指定给一个子系统。两个子系统可以彼此独立或作为一个整体运行。将听筒101划分为两个子系统的逻辑解释将从本公开进一步显而易见。
听筒101包括：三个电极103、104和105，所述三个电极通过电线或导电聚合物连接到听筒外壳101。电极103、104和105连接到模拟前端(AFE)109。电极103和104用于创建一根引线(lead)以测量ECG信号。电极105是可选的电极，并且用作ECG测量方法中通常使用的参考电极。AFE 109的输出是与ECG相关的放大模拟信号。AFE 109的输出被传递到微控制器(MCU)113的模拟输入和调制器(MD)110。MCU 113将模拟信号处理成数字形式，并计算心脏活动数据。它将结果数据存储到数据存储器(DS)117，例如闪存。MCU 113连接到无线发射器(TRX)107，例如蓝牙、ANT+、ZigBee或专有无线发射器。
听筒101还包含通常存在于无线耳机中的组件：至少一个音频编解码器(AC)112、至少一个扬声器或驱动器114和至少一个麦克风115。音频编解码器(AC)112将通过发射器(TRX)107接收的数字音频信号转换成模拟音频信号以在扬声器或驱动器114上回放，并将来自麦克风115的模拟音频信号转换成数字音频信号。市场上大多数发射器(TRX)107，例如蓝牙，都内置了音频编解码器。因此，将发射器(TRX)107和音频编解码器(AC)112显示为单独的组件的块只是它们的逻辑表示，并且可以在一个物理集成电路(IC)或微芯片中。
AFE 109的输出也连接到调制器(MD)110。MD 110调制模拟ECG信号并将调制信号转发到AC 112。AC 112将其转换为数字音频格式，并将其转发到发射器(TRX)107，以无线传输到主机119。MD 110可以使用不同的调制方法。一种方法是使用带有时分幅度调制的载频。该方法可用于将来自麦克风115的语音信号和来自AFE 109的ECG信号混合到一个音频通道中。另一种方法是使用单独的音频通道来传输两个模拟信号，一个通道用于来自麦克风115的音频模拟信号，另一个通道用于来自AFE 109的模拟ECG信号。
调制的目的是通过无线耳机常用的标准语音传输通道将ECG信号传递到主机。由于人类可听范围使用从20Hz到20,000Hz的频谱，因此使用高于20,000Hz可听范围的载频来调制ECG信号是有意义的。该方法还允许将从图1上的麦克风115接收的ECG信号和音频混合到一个音频通道。两种信号的混合及其数字化在编解码器AC 112中执行，然后通过TRX 107传输到主机119。主机119使用可用音频格式(例如AAC、ALAC、FLAC、MP3、WAV或其他音频格式)将其记录到一个音频文件中。与语音信号一起记录的ECG信号用于ECG分析，因为用户可以在执行ECG测量的同时叙述自己的感觉或其他观察结果。这种叙述与ECG信号一起可以被医生、训练有素的专家或人工智能AI用于心脏活动的详细分析。
并非所有的音频编解码器都能支持20,000Hz或20KHz以上的音频信号传输频率。事实上，一些蓝牙编解码器将音频频率限制在16KHz甚至8KHz。在这种情况下，可以将调制器设置为使用低于20KHz的频率。例如，如果AC 112具有16KHz音频频率限制，则用于MD 110的承载调制频率可以被设置为15.5KHz或更低。如果音频编解码器具有8KHz音频频率限制，则用于MD 110的承载调制频率可以被设置为7.5KHz或更低。AC 112将来自麦克风115和MD110的两个信号混合成一个音频信号，将其编码成数字格式，并通过发射器TRX 107发送到主机。
在另一个实施例中，所公开的系统可以使用将ECG信号传输到主机的另一种方法。它可以通过使用双麦克风通道发射器TRX 107来实现。像蓝牙这样的现代发射器被设计为只有一个麦克风作为音频输入，但有双通道(立体声)用于音频回放。将来市场上可能会有支持双通道(立体声)麦克风传输的发射器。在这种情况下，可以通过一个(右)通道执行ECG信号的传输，并可以通过另一个(左)通道执行来自麦克风的语音传输。在这种情况下，不需要调制，并且来自AFE 109的信号通过MD 110无修改地传输到AC 112右麦克风通道。
现代集成电路(IC)可以具有集成到单个IC或微芯片中的多个组件，例如MCU 113、发射器107数据存储器117和音频编解码器112。调制器110可以以MCU代码或库的形式在MCU113中实现。可以在单个IC中具有上述所有或部分模块。电池121为听筒101及其所有模块提供电源。它可以是可再充电或一次性使用(不可再充电)电池。
发射器TRX 107可以通过内置在主机装置中的类似无线发射器111无线连接到主机119。主机装置可以是移动电话、手表、平板电脑、计算机或能够接收无线信号、处理、显示、存储或转播到另一装置的任何其他装置。发射器TRX 107可以广播信号，使得多个主机装置可以同时接收数据。
带有三个电极的听筒示例
图2示出了与一个无线听筒设计200集成的心脏监测传感器的一个实施例。听筒201被设计成以这样的方式装配到耳朵中，即听筒的前盖体207位于耳朵的外耳中并接触外耳周围的皮肤。盖体207用作第一电极，该第一电极也如图1上的103所示。
电极203被放置在听筒的外表面上，面向用户的耳朵，并且用作第二电极，该第二电极也如图1上的104所示。第二电极203被设计成与用户的手指建立接触。
电极205被放置在听筒面向用户的耳朵的外表面上，并且用作第三电极，该第三电极也如图1上的105所示。它旨在建立与耳垂皮肤的接触，并用作参考电极。电极203、205和207由导电材料制成，例如金属、金属合金、聚合物(例如具有允许电流以低电阻通过材料的添加剂的乳胶、硅酮或合成橡胶)。
图3示出了与无线听筒集成的心脏监测传感器的一个实施例的横截面视图300。听筒由驱动器或扬声器301、麦克风319和电子单元310组成。盖体303用作第一电极，该第一电极也如图1上的103和图2上的207所示。盖体303通过电线或其他电连接器307电连接到电子单元310。它被焊接或电连接305到盖体303。
电极317用作第二电极，该第二电极也如图1上的104和图2上的203所示。电极317通过电线或电连接器315电连接到电子单元310。
电极309用作第三电极，该第三电极也如图1上的105和图2上的205所示。电极309通过电线或电连接器311电连接到电子单元310。
说明带有HRM的听筒使用的示例
图4A示出了用户的左视图400，其示出了该用户如何佩戴带有心脏监测传感器的听筒的一个示例。听筒401被定位在耳朵403的外耳中，使得如图3上的303所示的第一电极与耳朵的外耳周围的皮肤建立接触，并且如图3上的309所示的第三电极与耳垂的皮肤建立接触。如图3上317所示的第二电极405是朝外的。
图4B示出了用户的左视图410，其示出了该用户如何使用带有心脏监测传感器的听筒的一个示例。用户将手指411放置在听筒上，使得第二电极405接触手指的皮肤。同时，用户将耳机推向耳朵，从而在所有3个电极之间建立了可靠的连接。用户保持手指，同时心脏监测传感器执行HRM测量。关于HRM的所有信息通过如图3上所示的扬声器301可听地传输到用户。用户可以通过语音命令与HRM系统进行可听交互。用户还可以叙述在HRM测量期间要记录的信息，以便与HRM数据一起存储以进行进一步分析。
带有两个电极的听筒示例
图5示出了与无线听筒集成的心脏监测传感器的另一实施例的横截面视图500。为了简化附图，听筒没有显示驱动器或扬声器和麦克风等常见组件。具有普通技术的人员会理解听筒中这些装置的存在，因为它们具有音频传输的基本功能。相反，听筒的所有电子组件都被示出为框501，其也如图1上的101所示。
第一电极包括紧贴地安装在喷嘴513上的软入耳式插入件511。软入耳式插入件由导电橡胶或乳胶材料制成。入耳式插入件511的目的是建立与用户耳朵中的皮肤的电接触，并通过喷嘴513和电线507将来自皮肤的电信号传输到电子单元501内部的第一电极触点，如图1上的103所示。电线507与喷嘴513电连接509。电连接509可以是焊接点或与喷嘴513建立可靠电接触的机械连接。喷嘴513由导电材料制成，例如金属、金属合金、镀金属塑料或导电聚合物。
第二电极503，也如图1上的104所示，是位于听筒外表面上并通过电线或连接器505连接到电子单元501的导电部件。导电部件503由金属或导电聚合物制成。在本实施例中没有第三电极。对于普通技术人员来说显而易见的是，定位和连接入耳式插入件511、喷嘴513、连接器509和电线507的一些其他变化是可能的。电极503的位置和形状也可以与附图不同。
图6A示出了耳朵的侧视图600，其示出了用户如何佩戴带有心脏监测传感器的听筒的示例。听筒603被定位在耳605中，使得软入耳式插入件被放置在耳道内并且第二电极601朝外。
图6B示出了耳朵的侧视图610，其示出了用户如何使用带有心脏监测传感器的听筒的示例。用户将手指611放置在听筒613上，使得手指的皮肤接触第二电极601。同时，用户推动听筒，从而在所有电极之间建立可靠的连接。用户保持手指，同时心脏监测传感器执行HRM测量。关于HRM测量的所有信息均通过扬声器可听地传输到用户。用户可以通过语音命令与HRM系统进行可听交互。用户还可以叙述在HRM测量期间要记录的信息，以便与ECG数据一起存储以进行进一步分析。
框图中的逻辑示例
图7是示出用户与心脏监测系统交互的框图700。心脏监测传感器在逻辑上表示为HRM子系统，该子系统集成到各种设计的听筒中。在正常情况下，当用户佩戴听筒听音乐或通过麦克风说话时，HRM子系统将关闭。当用户将手指放置在位于听筒上的第二电极上时，HRM子系统打开701并开始检测ECG。当检测到ECG702时，HRM子系统通过语音消息“检测到ECG。紧紧保持手指。”等可听地通知用户。在这一步骤中，用户可以叙述他或她的感受以及用户认为关于该特定ECG测量很重要的任何事情，例如“我感到胸部疼痛和头晕”。在HRM子系统测量ECG的同时，将用户的语音消息与ECG一起记录。该语音记录与ECG数据一起可以在以后用于ECG分析。当HRM子系统收集足够的ECG数据703时，它通过语音消息“ECG测量完成。松开手指。”等可听地通知用户。当用户从听筒上的电极松开手指时，ECG记录停止。
HRM子系统计算心脏活动参数704，例如P、Q、R、S和T位置和时间、RR间期、心跳变异性、心房颤动前提条件和其他参数。然后，HRM子系统通过语音消息通知用户异常情况，例如“心房颤动的可能前提条件。寻求医疗护理。”或者“心跳变异性高于你的平均水平”等。然后，用户可以可听地询问HRM子系统关于一些其他重要数据的问题705，例如“我的平均心率是多少？”或“如何减少我的变异性？”。HRM子系统将尝试使用自己的逻辑能力以类似人工智能(AI)的方式找到答案，或者它可以通过与主机装置的无线连接将该问题传递给基于云的AI系统。
用户可以通过语音命令指示HRM子系统将ECG记录上传到主机装置和云706。HRM子系统按照指示上传记录，并通过语音提示向用户确认。此后，HRM子系统可以关闭，以节省从共用设备到听筒电池消耗的电量。带有音频子系统的听筒可以保持通电并连接到主机，以便听音乐或打电话。
具有普通技能的人员会意识到所描述的事件流是许多可能的情况之一。本公开并不将其限制于上述的一种情况。
图8是示出听筒中的心脏监测传感器的逻辑的框图800。当用户将手指放置在第二电极上时，它触发HRM子系统打开并开始检测ECG信号801。然后操作流程分成两个线程。
第一线程也如图1所示，连接AFE 109和MCU 113。MCU将来自AFE的模拟信号转换为数字数据并检测ECG模式802。当检测到足够质量的ECG数据时，以语音消息“检测到ECG。紧紧保持手指。”等的形式向用户发出通知。该消息通过听筒的扬声器播放。然后，HRM子系统开始使用各种算法从ECG数据计算心脏活动参数803，例如心率变异性、RR间期、平均脉搏或心房颤动前提条件，并将其存储在DS 117中。当计算出足够的心脏活动参数时，HRM子系统通过语音消息“ECG测量完成。松开手指。”通知用户计算已完成。
HRM子系统通过语音消息通知用户重要的ECG数据804，例如“心房颤动的可能前提条件。”或者“心跳变异性高于你的平均水平”等。然后，用户可以通过语音命令与系统交互805，例如“我的平均心率是多少？”或者“如何减少心脏变异性？”。HRM子系统通过语音响应，例如“平均心率为95”或者“停止并开始深呼吸”。最后，806用户可以指示HRM子系统将数据上传到主机。MCU 113提取存储在DS 117中的数据，并通过TRX 107传输到主机，然后传输到云。
第二线程在图1中显示为将AFE 109连接到MD 110的线，接着到AC 112和到TRX107。来自AFE 109的信号是模拟信号。为了将其传输到主机，HRM子系统通过图1上的MD 110实现对ECG信号的调制812并将其转发到AC112。AC 112将调制的ECG信号和来自麦克风的语音信号混合在一起，以数字形式编码并转发到发射器TRX 107以传输到主机，如步骤813所示。
图9是示出与心脏监测传感器耦合的主机装置的逻辑的框图900。如图1所示，主机装置119通过内置无线发射器111从听筒101无线接收音频数据包。主机装置上的HRM应用程序从接收的数据包中将音频和ECG数据901分成2个通道，然后在并行线程中对其进行处理。音频数据包被记录到一个音频通道中902，例如MP3文件中的左通道。使用与图1所示的调制器MD 110相同的方法将ECG数据包解调为原始ECG信号903。然后ECG信号被记录到另一个音频通道中904，例如同一个MP3文件的右声道。同时，主机上的HRM应用程序计算重要的ECG数据905，并与用户就计算的ECG重要数据进行交互906。
在另一个实施例中，语音和ECG信号可以使用如上所述的2个单独的音频传输通道无线传输。在这种情况下，如上所述，音频信号和ECG信号在单独的包中被接收并被记录到单独的通道中，跳过步骤901。此外，如果ECG信号以非调制的原始格式在单独的信道中传输，则步骤903也被排除。
使用所公开的发明可以利用将心脏监测传感器附接到或集成到可穿戴附件或装置中的其他设计变化，其中电极使用可穿戴装置与皮肤的现有接触点连接到皮肤。图1至图9中呈现的上述示例不仅限于所描述的可穿戴装置或附件和电极连接选项。在本发明的精神中，任何可穿戴听筒都可以通过所公开的心脏监测传感器增强，其中第一电极使用听筒的特定特征连接到耳朵的皮肤。第二电极可以与用户手指的皮肤接触。连接到耳垂、脸颊、下巴、耳朵周围或后面的皮肤或连接到另一只耳朵的第三电极可以用作参考电极。所有2或3个电极都连接到心脏监测传感器，目的是使用从两个电极获得的电信号测量心脏活动。
因此，已经描述了一种用于心脏活动监测的设备，该设备具有不同的听筒安装选项。尽管已经参考特定示例实施例描述了实施例，但是显而易见的是，在不脱离本申请的更广泛的精神和范围的情况下，可以对这些示例实施例进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应被认为是说明性的，而不是限制性的。

Claims (31)

1.一种用于心脏活动监测的系统(100)，其特征在于，所述系统(100)包括：
听筒(101)，被配置为放置在用户的耳朵中，所述听筒(101)包括：
第一电极(103)，当所述用户佩戴所述听筒(101)时，所述第一电极(103)与所述用户的皮肤永久接触；
第二电极(104)，用于建立与所述用户的手指的接触；
模拟前端(109)，连接到所述第一电极(103)和所述第二电极(104)以生成所述用户的模拟心电图(ECG)；
微控制器(MCU)(113)，用于对模拟ECG数字处理，以获得数字ECG；以及
数据存储器(117)，用于存储包括所述数字ECG的数字数据。
2.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述第一电极(103)被设计用于与所述用户的耳朵(外耳)内的皮肤建立电接触。
3.根据权利要求2所述的系统(100)，其特征在于，所述第一电极(103)是所述听筒(101)的盖体，所述盖体面向所述耳朵(外耳)内的皮肤并且由导电材料制成。
4.根据权利要求2所述的系统(100)，其特征在于，所述第一电极(103)是由导电材料制成的入耳式插入件(511)。
5.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述第二电极(104)集成到所述听筒(101)的外表面中，当所述用户佩戴所述听筒(101)时，所述外表面面向所述用户的耳朵外部。
6.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述听筒(101)包括第三电极(105)，当所述用户佩戴听筒(101)时，所述第三电极(105)与所述用户(205)的耳垂或外耳的皮肤永久电接触，所述第三电极(105)在生成模拟ECG的同时被所述模拟前端(109)用作参考电极。
7.根据权利要求6所述的系统(100)，其特征在于，所述第三电极(105)被设计成接触所述用户的耳垂。
8.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于：
所述MCU(113)被配置为：
基于所述数字ECG确定一个或多个心脏活动数据，所述心脏活动数据包括：PQRST复合体、RR间期、心率、心率变异性和心房颤动的概率；以及
将所述心脏活动数据存储到数据存储器(117)中。
9.根据权利要求8所述的系统(100)，其特征在于：
所述听筒(101)包括：音频装置(114)和音频编解码器(112)；以及
所述MCU(113)被配置为：
基于所述心脏活动数据生成音频消息；以及
通过所述音频编解码器(112)和所述音频装置(114)回放所述音频消息。
10.根据权利要求9所述的系统(100)，其特征在于，所述音频消息包括以下之一：关于所述用户的健康状态的推荐；向所述用户提出采取关于所述健康状态的措施的建议、关于所述健康状态的警告以及动机。
11.根据权利要求9所述的系统(100)，其特征在于，所述音频消息包括用于所述用户将手指放置在所述第二电极(104)上以开始ECG测量的指令。
12.根据权利要求11所述的系统(100)，其特征在于，所述MCU(113)被配置为：
确定所述数字ECG包括ECG复合体；以及
响应于所述确定，生成指示所述用户将手指保持在所述第二电极(104)上，并保持稳定或深呼吸的音频消息。
13.根据权利要求12所述的系统(100)，其特征在于，所述MCU(113)被配置为：
确定所述心脏活动数据已被收集；以及
响应于所述确定，生成指示所述用户进行进一步动作(104)的音频消息。
14.根据权利要求11所述的系统(100)，其特征在于：
所述听筒(101)包括麦克风(115)；以及
所述MCU(113)被配置为：
识别关于至少一个所述心脏活动数据的值的用户请求，所述用户请求通过麦克风(115)捕获；以及
基于所述用户请求，生成关于至少一个所述心脏活动数据的值的音频消息。
15.根据权利要求1所述的系统(100)，还包括主机装置，并且其特征在于：
所述听筒(101)包括麦克风(115)和发射器(107)；以及
所述MCU(113)被配置为：
通过所述麦克风(115)接收包括所述用户关于健康状态的口头消息的语音信号；
将所述语音信号和所述模拟ECG进行组合，得到所述数字信号；
通过发射器(107)将所述数字信号传输到主机信号；
主机装置(119)包括应用程序，用于：
将所述数字信号分成所述ECG信号和所述语音信号；以及
将所述ECG信号和所述语音信号传输到基于云的计算资源，所述基于云的计算资源被配置为存储所述ECG信号和所述语音信号以供专家检查。
16.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述数字信号根据数字音频格式中的一种来格式化。
17.一种用于心脏活动监测的方法，其特征在于，所述方法包括：
通过集成到听筒(101)中并连接到第一电极(103)和第二电极(104)的模拟前端(109)生成用户的模拟心电图(ECG)，当所述用户佩戴所述听筒(101)时，所述第一电极(103)与所述用户的皮肤永久接触，所述第二电极(104)被设计成与所述用户的手指建立接触；
通过集成到听筒(101)中的微控制器(MCU)(113)处理模拟ECG，得到数字ECG；
通过所述MCU(113)并且基于所述数字ECG确定一个或多个心脏活动数据，所述心脏活动数据包括：PQRST复合体、RR间期、心率、心率变异性和心房颤动的概率；以及
通过所述MCU(113)将所述心脏活动数据存储到数据存储器(117)中。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：
通过所述MCU(113)基于所述心脏活动数据生成音频消息，所述音频消息包括以下之一：关于所述用户的健康状态的推荐；向所述用户提出采取关于所述健康状态的措施的建议、关于所述健康状态的警告和动机；以及
通过集成到所述听筒(101)中的音频编解码器(112)和音频装置(114)回放所述音频消息。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：
通过所述MCU(113)生成音频消息，所述音频消息包括用于所述用户将手指放置在所述第二电极(104)上以开始ECG测量的指令；
通过所述MCU(113)确定所述数字ECG包括ECG复合体；
响应于所述确定，通过所述MCU(113)生成指示所述用户将手指保持在所述第二电极(104)上，并保持稳定或深呼吸的音频消息；
通过所述MCU(113)确定所述心脏活动数据已被收集；
响应于所述确定，通过所述MCU(113)生成指示所述用户进行进一步动作(104)的音频消息；
通过所述MCU(113)识别关于至少一个所述心脏活动数据的值的用户请求，所述用户请求通过集成到所述听筒(101)中的麦克风(115)捕获；以及
通过所述MCU(113)并且基于所述用户请求生成关于至少一些所述心脏活动数据的值的音频消息。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：
通过集成到所述听筒(101)中的所述麦克风(115)捕获包括所述用户关于健康状态的口头消息的语音信号；
通过所述MCU(113)将所述语音信号和所述模拟ECG信号进行组合，得到所述数字信号；
通过集成到所述听筒(101)中的发射器(107)将所述数字信号传输到主机装置(119)；
通过所述主机装置(119)上的应用程序将所述数字信号分成所述ECG信号和所述语音信号；
通过所述主机装置(119)上的所述应用程序并且基于所述ECG信号确定一个或多个心脏活动数据，所述心脏活动数据包括：PQRST复合体、RR间期、心率、心率变异性和心房颤动的概率；以及
通过所述主机装置(119)上的所述应用程序将所述ECG信号和所述语音信号传输到基于云的计算资源，所述基于云的计算资源被配置为存储所述ECG信号和所述语音信号以供专家检查。
21.一种用于心脏活动监测的系统(100)，其特征在于，所述系统(100)包括：
听筒(101)，被配置为放置在用户的耳朵中，所述听筒(101)包括：
第一电极(103)，当所述用户佩戴所述听筒(101)时，所述第一电极(103)与所述用户的皮肤永久接触；
第二电极(104)，用于建立与所述用户的手指的接触；
模拟前端(109)，连接到所述第一电极(103)和所述第二电极(104)以生成所述用户的模拟心电图(ECG)；
调制器(110)，用于调制模拟ECG；
音频编解码器(112)，用于将调制的ECG变换为数字信号；
发射器(107)，用于发射所述数字信号；
主机装置(119)，通过所述发射器(107)与所述听筒(101)通信耦合，所述主机装置包括应用程序，用于：
接收来自所述发射器(107)的数字信号；
对所述数字信号进行数字处理，以获得数字ECG；以及
基于所述数字ECG确定一个或多个心脏活动数据，所述心脏活动数据包括：PQRST复合体、RR间期、心率、心率变异性和心房颤动的概率。
22.根据权利要求21所述的系统(100)，其特征在于：
所述听筒(101)包括音频装置(114)；以及
所述主机装置(119)的应用程序：
基于所述心脏活动数据生成音频消息；以及
通过所述音频编解码器(112)和所述音频设备(114)回放所述音频消息。
23.根据权利要求22所述的系统(100)，其特征在于，所述音频消息包括以下之一：关于所述用户的健康状态的推荐；向所述用户提出采取关于所述健康状态的措施的建议、关于所述健康状态的警告和动机。
24.根据权利要求22所述的系统(100)，其特征在于，所述音频消息包括用于所述用户将手指放置在所述第二电极(104)上以开始ECG测量的指令。
25.根据权利要求24所述的系统(100)，其特征在于，所述主机装置(119)的应用程序：
确定所述数字ECG包括ECG复合体；以及
响应于所述确定，生成指示所述用户将手指保持在所述第二电极(104)上，并保持稳定或深呼吸的音频消息。
26.根据权利要求24所述的系统(100)，其特征在于，所述主机装置(119)的应用程序：
确定所述心脏活动数据已被收集；以及
响应于所述确定，生成指示所述用户进行进一步动作(104)的音频消息。
27.根据权利要求21所述的系统(100)，其特征在于：
所述听筒(101)包括麦克风(115)；以及
所述主机装置(119)的应用程序：
识别关于至少一个所述心脏活动数据的值的用户请求，所述用户请求通过所述麦克风(115)捕获；以及
基于所述用户请求，生成关于至少一个所述心脏活动数据的值的音频消息。
28.一种用于心脏活动监测的方法，其特征在于，所述方法包括：
通过集成到听筒(101)中并连接到第一电极(103)和第二电极(104)的模拟前端(109)生成用户的模拟心电图(ECG)，当所述用户佩戴所述听筒(101)时，所述第一电极(103)与所述用户的皮肤永久接触，所述第二电极(104)被设计成建立与所述用户手指的接触；
通过集成到听筒(101)中的调制器(110)调制模拟ECG；
通过集成到听筒(101)中的音频编解码器(112)将调制的ECG转换为数字信号；
通过集成到听筒(101)中的发射器(107)发射所述数字信号；以及
通过主机装置(119)上的应用程序接收来自所述发射器(107)的所述数字信号，所述主机装置(119)通过所述发射器(107)与所述听筒(101)通信耦合；
通过所述主机装置(119)上的所述应用程序对所述数字信号进行数字处理，以获得数字ECG；以及
通过所述主机装置(119)上的所述应用程序并基于所述数字ECG确定一个或多个心脏活动数据，所述心脏活动数据包括：PQRST复合体、RR间期、心率、心率变异性和心房颤动的概率。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括：
通过主机装置(119)上的所述应用程序基于所述心脏活动数据生成音频消息；以及
所述主机装置(119)上的所述应用程序通过所述音频编解码器(112)和音频装置(114)回放所述音频消息，其中所述音频消息包括以下之一：关于所述用户的健康状态的推荐；向所述用户提出采取关于所述健康状态的措施的建议、关于所述健康状态的警告和动机。
30.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括：
通过主机装置(119)上的所述应用程序生成音频消息，所述音频消息包括用于所述用户将手指放置在所述第二电极(104)上以开始ECG测量的指令，
通过主机装置(119)上的所述应用程序确定由发射器(107)发射的数字信号包括ECG复合体；
响应于所述确定，通过主机装置(119)上的所述应用程序生成生成指示所述用户将手指保持在所述第二电极(104)上，并保持稳定或深呼吸的音频消息；
通过主机装置(119)上的所述应用程序确定所述心脏活动数据已被收集；以及
响应于所述确定，通过主机装置(119)上的所述应用程序生成指示所述用户进行进一步动作(104)的音频消息。
31.根据权利要求28所述的方法，其特征在于：
通过主机装置(119)上的所述应用程序识别关于至少一个所述心脏活动数据的值的用户请求，所述用户请求通过集成到听筒(101)中的麦克风(115)捕获并由所述发射器(107)发射；以及
通过主机装置(119)上的所述应用程序并基于所述用户请求生成关于至少一个所述心脏活动数据的值的音频消息。
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