JP2018183572A - 適応的なセンサー較正のためのシステムおよび方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】適応的なセンサー較正のためのシステムおよび方法を提供すること。【解決手段】従来のシステムおよび方法は、PPGの方法を使用する心拍数のモニターを提供するが、リアルタイムフィードバックおよび動的な信号品質の検証による適応的な較正に焦点を当てない。本開示の実施形態は、第1のセンサーの較正パラメータの組に関する初期値を取得し、予め定義された閾値との比較を実行することと、予め定義された値だけ較正パラメータの組の値をインクリメントし、比較を実行することと、第2のセンサーの較正パラメータの組に関する初期値をセンサー構成行列から取得し、比較を実行することと、実行された比較が予め定義された品質の閾値と合致しない場合に上で実行されたステップを繰り返し、最後に、予め定義された品質の閾値が合致されるときにはいつもセンサー構成行列を更新することとを提供する。【選択図】図２

Description

本開示は、概して、較正技術に関し、より詳細には、適応的なセンサー較正のためのシステムおよび方法に関する。
光電式容積脈波記録法(PPG)テクノロジーが、小型のウェアラブル脈拍センサーを開発するために使用されてきた。赤外線発光ダイオード(LED)および光検出器からなるこれらのデバイスは、非侵襲的に脈拍数をモニターする簡素で信頼性が高い低コストの手段を提供する。光学テクノロジーが、PPGのための高輝度緑色LEDの使用を容易にし、この測定技術の採用を拡大した。光電式容積脈波記録法(PPG)を使用する心拍数のモニターは、健康管理およびフィットネス向けのスマートウォッチおよびリストバンドの開発によって多大な重要性を持つようになった。しかし、PPGに基づくウェアラブルデバイスは、PPGのメカニズムがLEDの照明およびユーザの皮膚の色合いの相違に依存するので低い信号品質に悩まされる。センサーの較正は、現在のLEDの設定、アナログフロントエンドの掌握、およびLEDのパルス幅の変化を含む。1つのセンサー較正技術は、すべての種類のユーザに関して上手く機能しない可能性がある。センサーの配置も、PPG信号品質を決定する大きな要因である。さらに、PPGに基づくウェアラブルシステムは、信号品質の検証に関して大きな課題に直面する。心拍数推定アルゴリズムの複雑さは、信号品質に完全に依存する。
PPG信号品質は、心拍数の推定および関連する生理学的測定における重大な誤差につながる可能性がある。したがって、リアルタイムフィードバックによるオンラインの信号品質の検証を提供し、特定のユーザ用の適応的なセンサー較正をさらに提供し、将来参照するためにこれらのパラメータをさらに記憶するテクノロジーのニーズが存在する。
以下で、実施形態の基本的な理解を提供するために本開示のいくつかの実施形態の簡素化された概要を提供する。この概要は、実施形態の広範囲に渡る概観ではない。この概要は、実施形態の重要な/決定的な要素を特定するように、または実施形態の範囲を明示するように意図されていない。この概要の唯一の目的は、以下で提示されるより詳細な説明に対する前置きとして、いくつかの実施形態を簡潔な形態で示すことである。
本開示のシステムおよび方法は、適応的なセンサー較正を可能にする。本開示の実施形態においては、適応的なセンサー較正のための方法が提供され、方法は、第1のセンサーの較正パラメータの組に関する初期値をセンサー構成行列(sensor configuration matrix)から取得するステップと、初期値に基づいて、第1のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG:photoplethysmogram)信号の、予め定義された閾値との比較を実行するステップであって、PPG信号の出力が、対象に置かれた第1のセンサーの位置に基づくことを特徴とする、ステップと、比較に基づいて、(i)センサー構成行列内の較正パラメータを更新すること、(ii)予め定義された値だけ較正パラメータの組の値をインクリメントし、インクリメントされた値に基づいて、第1のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号の出力の、第1の予め定義された閾値との比較を実行することであって、PPG信号の出力が、対象に置かれた第1のセンサーの位置に基づくことを特徴とする、インクリメントし、実行すること、および(iii)第2のセンサーの較正パラメータの組に関する初期値をセンサー構成行列から取得し、第2のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号の、第2の予め定義された閾値との比較を実行し、ステップ(i)〜(iii)を繰り返すことであって、PPG信号の出力が、対象に置かれた第2のセンサーの位置に基づくことを特徴とする、取得し、実行し、繰り返すことのうちの少なくとも1つを実行するステップと、対象のためにセンサー構成行列から各センサーに関する更新された情報を含むレポートを生成するステップとを含む。
本開示の実施形態においては、適応的なセンサー較正のためのシステムが提供され、システムは、1つまたは複数のプロセッサと、1つまたは複数のプロセッサに動作可能なように結合され、第1のセンサーの較正パラメータの組に関する初期値を取得すること、初期値に基づいて、第1のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号の、予め定義された閾値との比較を実行することであって、PPG信号の出力が、対象に置かれた第1のセンサーの位置に基づくことを特徴とする、実行すること、比較に基づいて、(i)センサー構成行列内の較正パラメータを更新すること、(ii)予め定義された値だけ較正パラメータの組の値をインクリメントし、インクリメントされた値に基づいて、第1のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号の出力の、第1の予め定義された閾値との比較を実行することであって、PPG信号の出力が、対象に置かれた第1のセンサーの位置に基づくことを特徴とする、インクリメントし、実行すること、および(iii)第2のセンサーの較正パラメータの組に関する初期値をセンサー構成行列から取得し、第2のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号の、第2の予め定義された閾値との比較を実行し、ステップ(i)〜(iii)を繰り返すことであって、PPG信号の出力が、対象に置かれた第2のセンサーの位置に基づくことを特徴とする、取得し、実行し、繰り返すことのうちの少なくとも1つを実行すること、ならびに対象のためにセンサー構成行列から各センサーに関する更新された情報を含むレポートを生成することを行うように1つまたは複数のプロセッサによる実行のために構成された命令を記憶するように構成された1つまたは複数のデータストレージデバイスとを含む。
本開示の実施形態においては、インクリメントされた値が較正パラメータの組に関連する最大の許容される値に達するまで予め定義された値だけ較正パラメータの組の値をインクリメントすることが、実行される。
本開示の実施形態においては、光電式容積脈波(PPG)信号の出力が予め定義された閾値と合致するときに、センサー構成行列が更新される。
本開示の実施形態においては、第1の予め定義された閾値および第2の予め定義された閾値が、同一である。
本開示の実施形態においては、第1の予め定義された閾値および第2の予め定義された閾値が、互いに異なる。
本開示の実施形態においては、第1の予め定義された閾値および第2の予め定義された閾値が、第1のセンサーおよび第2のセンサーの各々に関する較正パラメータの組の選択に基づく。
上述の概説的な説明と以下の詳細な説明との両方は例示的および説明的であるに過ぎず、特許請求の範囲に記載された本開示を限定するものではないことを理解されたい。
本開示の一部に組み込まれ、本開示の一部をなす添付の図面は、例示的な実施形態を示し、説明とともに開示される原理を説明する働きをする。
本開示の実施形態による適応的なセンサー較正のためのシステムのブロック図である。 本開示の実施形態による適応的なセンサー較正のために含まれるステップを示す流れ図である。 本開示の実施形態による1つまたは複数のセンサーを較正するための方法の流れ図である。 本開示の実施形態による1つまたは複数のセンサーを較正するための方法の流れ図である。
例示的な実施形態が、添付の図面を参照して説明される。図面において、参照番号の最も左の数は、参照番号が最初に現れる図を特定する。都合のよいときにはいつでも、同じまたは同様の部分を指すために図面全体を通じて同じ参照番号が使用される。開示される原理の例および特徴が本明細書において説明されるが、修正、適合、およびその他の実装が、開示される実施形態の精神および範囲を逸脱することなく可能である。以下の詳細な説明は例示的であるだけであるとみなされることが意図され、真の範囲および精神は、以下の特許請求の範囲によって示される。
本開示の実施形態は、手首につけるウェアラブルデバイスのためのリアルタイムフィードバックによる光電式容積脈波(PPG)信号の較正のシステムおよび方法を提供する。手首から受信されるPPG信号品質は、低い信号品質でよく知られている。これは、心拍数の推定および関連する生理学的測定における重大な誤差につながる。従来のシステムおよび方法のいずれも、リアルタイムフィードバックによる紹介される較正システムを持たない。信号品質は、信号の一貫性であると常に考えられてきており、従来のシステムおよび方法のいずれも、変換領域(transformed domain)における至適基準(gold-standard)のテンプレートからの逸脱の測定値として信号品質を研究しようとしてこなかった。さらに、較正方法は、電力消費にのみ集中し、品質およびパーソナライズされたパラメータの基準に十分な注意を払ってこなかった。さらに、従来のシステムおよび方法は、多様な皮膚の色合いに対する異なる波長の効果を一緒に考えず、ウェアラブル機器の人間工学に対する大きな制限を生じる従来の方法でのみユーザがデバイスを身につけると考える。
したがって、特定のユーザのための最適な波長、センサーの位置、および較正を選択するための適応的なセンサー較正のニーズが存在する。さらに、適応的な較正に対する信号品質のチェックを行う動的な信号検証システムおよび方法のニーズが存在する。
ここで、同様の参照符号が図全体を通じて一貫して対応する特徴を示す図面およびより詳細には図1から図2までを参照すると、好ましい実施形態が示されており、これらの実施形態が以下のシステムおよび/または方法の文脈で説明される。
図1は、本開示の実施形態による1つまたは複数のセンサーを較正するためのシステム100の例示的なブロック図を示す。実施形態において、システム100は、1つまたは複数のプロセッサ104と、通信インターフェースデバイスまたは入力/出力(I/O)インターフェース106と、1つまたは複数のプロセッサ104に動作可能なように結合された1つまたは複数のデータストレージデバイスまたはメモリ102とを含む。ハードウェアプロセッサである1つまたは複数のプロセッサ104は、1つまたは複数のマイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、中央演算処理装置、状態機械、論理回路、および/または動作命令に基づいて信号を操作する任意のデバイスとして実装される可能性がある。能力の中でもとりわけ、プロセッサは、メモリに記憶されたコンピュータ可読命令をフェッチし、実行するように構成される。実施形態において、システム100は、ラップトップコンピュータ、ノートブック、ハンドヘルドデバイス、ワークステーション、メインフレームコンピュータ、サーバ、ネットワーククラウドなどの様々なコンピューティングシステムに実装され得る。
I/Oインターフェースデバイス106は、様々なソフトウェアおよびハードウェアインターフェース、たとえば、ウェブインターフェース、グラフィカルユーザインターフェースなどを含む可能性があり、有線ネットワーク、たとえば、LAN、ケーブルなどおよびWLAN、セルラー、または衛星などのワイヤレスネットワークを含む多種多様なネットワークN/Wおよびプロトコルの種類の中での複数の通信を容易にする可能性がある。実施形態において、I/Oインターフェースデバイスは、いくつかのデバイスを互いにまたは別のサーバに接続するための1つまたは複数のポートを含み得る。
メモリ102は、たとえば、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)およびダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)などの揮発性メモリ、ならびに/または読み出し専用メモリ(ROM)、消去可能プログラマブルROM、フラッシュメモリ、ハードディスク、光ディスク、および磁気テープなどの不揮発性メモリを含む当技術分野で知られている任意のコンピュータ可読媒体を含み得る。実施形態においては、システム100の1つまたは複数のモジュール(図示せず)が、メモリ102に記憶される可能性がある。
図2は、本開示の実施形態による1つまたは複数のセンサーを較正するための方法の例示的な流れ図を図1に関連して示す。実施形態において、システム100は、1つまたは複数のハードウェアプロセッサ104に動作可能なように結合されたメモリ102の1つまたは複数のデータストレージデバイスを含み、1つまたは複数のプロセッサ104によって方法のステップを実行するための命令を記憶するように構成される。本開示の実施形態において、適応的な較正が実行される1つまたは複数のセンサーは、ウェアラブルデバイス(たとえば、スマートウォッチ、リストバンド、フィットネスバンドなど)に関連付けられる(またはそれらに組み込まれる)可能性がある。本開示の方法のステップが、図1に示されたデバイス100の構成要素および流れ図を参照して次に説明される。本開示の実施形態において、ハードウェアプロセッサ104は、本明細書において説明される1つまたは複数の方法を実行するように命令によって構成される。本開示の実施形態では、ステップ201において、1つまたは複数のハードウェアプロセッサ104が、第1のセンサーの較正パラメータの組に関する初期値を取得する。ステップ202において、1つまたは複数のハードウェアプロセッサ104が、第1のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号の、品質の予め定義された閾値との比較を実行する。本開示の実施形態において、初期値が第1のセンサーに設定されているので、(第1のセンサーの出力である)PPG信号の品質が、予め定義された品質と比較され得る。実施形態において、PPG信号の品質は、予め定義された閾値(または予め定義された係数)と比較されるPPG信号係数と呼ばれる可能性がある。PPG信号は、第1のセンサーを対象(たとえば、ユーザ)に取り付けると取り込まれる可能性がある。ステップ203においては、比較に基づいて、1つまたは複数のハードウェアプロセッサ104が、(i)センサー構成行列内の第1のセンサーの較正パラメータを更新することと、(ii)予め定義された値だけ較正パラメータの組の値をインクリメントし、インクリメントされた値に基づいて、第1のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号の、第1の予め定義された閾値との比較を実行することであって、PPG信号の出力が、対象に置かれた
第1のセンサーの位置に基づくことを特徴とする、インクリメントし、実行することと、(iii)第2のセンサーの較正パラメータの組に関する初期値をセンサー構成行列から取得し、第2のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号の、第2の予め定義された閾値との比較を実行し、ステップ(i)〜(iii)を繰り返すことであって、PPG信号の出力が、対象に置かれた第2のセンサーの位置に基づくことを特徴とする、取得し、実行し、繰り返すこととを行う。本開示の実施形態において、較正パラメータは、第1のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号が予め定義された閾値と合致するときにセンサー構成行列内で更新される。そうでない場合(PPG信号の特徴が予め定義された閾値と合致しない場合)、較正パラメータの組の初期値(たとえば、1.0)が、予め定義された値(たとえば、2.0)だけインクリメントされ、比較を実行するステップが、繰り返される。(i)較正パラメータの組の値を予め定義された値にインクリメントし、(ii)比較を実行するこのステップは、インクリメントされた値が較正パラメータの組に関連する最大の許容される値に達するまで繰り返される。たとえば、較正パラメータの組に関連する最大の許容される値が5.0である場合、較正パラメータの組の値は予め定義された値だけ(たとえば1.0から2.0に、2.0から3.0に、3.0から4.0に、および4.0から5.0に)インクリメントされる可能性があり、それに応じて比較が実行される。インクリメント値が最大の許容される値に達し、PPG信号の特徴(たとえば、PPG信号の品質)が較正パラメータの組に関する予め定義された閾値と合致しない場合、ハードウェアプロセッサ104は、メモリ102に記憶されたセンサー構成行列から第2のセンサーの較正パラメータの組に関する初期値を取得し、ステップ(i)〜(iii)が、繰り返される。ステップ204において、対象のために各センサーに関する更新された情報を含むレポートが生成される。センサーのアレーから最良のセンサーを選択する上述のステップは、以下の例を通じてより深く理解され得る。われわれは2つのPPGセンサー、すなわち、PPG1およびPPG2を有し、受け入れられ得る予め定義された閾値が0.7であると仮定する。PPG1に関して、離散ウェーブレット変換を実行することによって得られたPPG信号係数は、-0.22518であり、予め定義された閾値は、-1.0769であり、誤差は、0.7254269584である。したがって、品質は、予め定義された閾値に合致する。それは、センサー構成行列内で更新される。しかし、得られたPPG信号係数が-17.573であり、予め定義された閾値が-21.069であると仮定すると、誤差は12.222016である。したがって、品質は、予め定義された閾値に合致しない。ここで、PPG信号係数は、予め定義された値だけインクリメントされ、-17.498になる。予め定義された閾値は、-15.453である。誤差は、4.182025である。今度も、品質は、0.7である受け入れられ得る閾値と合致しない。再び、光電式容積脈波(PPG)信号係数は、予め定義された値だけインクリメントされ、-16.494になる。予め定義された閾値は、-6.7799である。誤差は94.36373881であり、これもまた合致していない。したがって、光電式容積脈波(PPG)信号係数はインクリメントされ、最大の許容される値に達するまでインクリメントを続ける。ここで、得られた係数に対して離散ウェーブレット変換を実行することによってPPG1に関して計算された推定された閾値の基準が0.3036216903であると仮定する。上述のステップが、PPG2に関して繰り返される可能性があり、得られた係数に対して離散ウェーブレット変換を実行することによってPPG2に関して計算された推定された閾値の基準が0.8847139775であると仮定する。したがって、計算された閾値が予め定義された受け入れられ得る閾値未満であるので、PPG1が選択され、パラメータが、センサー構成行列に記憶され得る。PPG2は、そのPPG2の計算された閾値が予め定義された受け入れられ得る閾値よりも大きいので拒絶される。本開示の実施形態によれば、第1の予め定義された閾値および第2の予め定義された閾値は、同一であるかまたは互いに異なる可能性があり、第1のセンサーおよび第2のセンサーの各々に関する較正パラメータの組の選択に基づく。
図3(図3-1、図3-2)は、本開示の実施形態による1つまたは複数のセンサーを較正するための方法の例示的な流れ図を図1〜図2に関連して示す。ステップ301において、1つまたは複数のハードウェアプロセッサ104が、第1のセンサーの較正パラメータの組に関する初期値を取得する。実施形態において、較正パラメータの組に関する初期値は、メモリ102に記憶されたセンサー構成行列から取得される。ステップ302において、1つまたは複数のハードウェアプロセッサ104が、第1のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号の、予め定義された閾値との比較を実行する。ステップ303において、1つまたは複数のハードウェアプロセッサ104が、第1のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号と予め定義された閾値との間に合致が見つかるかどうかを判定する。第1のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号と予め定義された閾値との間に合致が見つかる場合、ステップ304において、センサー構成行列が、合致した詳細によって更新される。ステップ305において、1つまたは複数のハードウェアプロセッサ104が、較正のために利用可能ないずれかのさらなるセンサーが存在するかどうかをチェックする。さらなるセンサーが利用可能である場合(はいである場合)、ステップ306において、1つまたは複数のハードウェアプロセッサ104が、第2のセンサーに関する較正パラメータの組の初期値を取得し、ステップ302が、繰り返される。そうでない場合(利用可能なさらなるセンサーが存在しない場合)、プロセスは終了される。
本開示の実施形態においては、ステップ307を参照すると、第1のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号と予め定義された閾値との間に合致が見つからない場合、1つまたは複数のハードウェアプロセッサ104が、初期値が最大の許容される値に達したかどうかを判定する。初期値が最大の許容される値に達した場合(はいである場合)、1つまたは複数のハードウェアプロセッサ104は、ステップ305を繰り返す。そうでない場合(初期値が最大の許容される値に達しなかった場合)、ステップ308において、初期値が、次の予め定義された閾値までインクリメントされ、ステップ302が、繰り返される。
本開示の実施形態は、下に示されるように、例としてより深く理解される。
本開示の実施形態においては、図2〜図3を参照すると、第1のセンサーの較正パラメータの組に関する初期値が、システム100のメモリ106に記憶されたセンサー構成行列(システム100のメモリ106内に示されていない)から取得され得る。取得された初期値に基づいて、第1のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号係数の、予め定義された閾値からなるテンプレート光電式容積脈波(PPG)係数との比較が、光電式容積脈波(PPG)信号の品質を検証するために実行され得る。第1のセンサーおよびセンサー構成行列は、システム100によって実行され、メモリ102に記憶される可能性がある。受け入れられ得る予め定義された閾値が0.7であると仮定する。下のTable 1(表1)を参照すると、X1によって表記される取得された光電式容積脈波(PPG)信号係数が-0.22518であり、Y1によって表記される予め定義された閾値が-1.0769である場合、誤差は、0.7254269584である。したがって、品質は、予め定義された閾値に合致する。
Figure 2018183572
さらに、品質が予め定義された閾値に合致する場合、光電式容積脈波(PPG)信号および関連する較正パラメータが、最適な性能のためにセンサー構成行列内で更新される。したがって、上述のパラメータは、将来参照するためにセンサー構成行列にパーソナライズされたパラメータとして記憶され得る。光電式容積脈波(PPG)センサーおよびそのパラメータのうちの1つが選択されるが、センサー構成行列内のすべてのその他のセンサーは、電力消費を最大化するために利用されない可能性がある。
本開示の実施形態においては、第1のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号と予め定義された閾値との間で実行された上述の比較に基づいて、品質が予め定義された閾値に合致しない場合、すべての較正パラメータまたは光電式容積脈波(PPG)信号係数が、システム100に記憶された予め定義された値だけインクリメントされる可能性があり、第1のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号の、第1の予め定義された閾値またはテンプレート光電式容積脈波(PPG)係数との、インクリメントされた値に基づく比較が、光電式容積脈波(PPG)信号の品質を検証するためにさらに実行される可能性がある。受け入れられ得る予め定義された閾値が0.7であると仮定する。下のTable 2(表2)を参照すると、X1によって表記される取得された光電式容積脈波(PPG)信号係数が-17.573であり、Y1によって表記される予め定義された閾値が-21.069である場合、誤差は、12.222016である。したがって、品質は、予め定義された閾値に合致しない。このとき、光電式容積脈波(PPG)信号係数は、予め定義された値だけインクリメントされ、X2によって表記される-17.498になる。Y2によって表記される予め定義された閾値は、-15.453である。誤差は、4.182025である。今度も、品質は、0.7である閾値と合致しない。今度も、光電式容積脈波(PPG)信号係数は、予め定義された値だけインクリメントされ、X3によって表記される-16.494になる。Y3によって表記される予め定義された閾値は、-6.7799である。誤差は94.36373881であり、これもまた合致していない。したがって、光電式容積脈波(PPG)信号係数はインクリメントされ、X4によって表記される-0.22518に達するまでインクリメントを続ける。Y4によって表記される閾値は、-1.0769である。誤差は、予め定義された閾値に合致する0.7254269584として計算される。したがって、品質は、予め定義された閾値に合致する。
Figure 2018183572
今度も、品質が予め定義された閾値に合致すると、PPG信号および関連する較正パラメータが、最適な性能のためにセンサー構成行列内で更新される。
本開示の実施形態においては、予め定義された値によってすべての較正パラメータをインクリメントした後に実行された上記比較に基づいて、光電式容積脈波(PPG)信号の品質が予め定義された閾値と合致しない場合、第2のセンサーの較正パラメータの組に関する初期値が取得される可能性があり、第2のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号の、第2の予め定義された閾値との比較が光電式容積脈波(PPG)信号の品質を検証するためにやはり実行される可能性がある。第2のセンサーは、システム100によって実行され、メモリ102に記憶される可能性がある。したがって、センサーの較正が予め定義された値によってインクリメントした後でさえも品質の基準に一致せずに最大値に達する場合、セカンダリセンサーの較正が始まる。今度も、予め定義された品質の受け入れられ得る閾値が0.7であるものとする。下のTable 3(表3)を参照して、前のステップにおいて実行された比較の後、光電式容積脈波(PPG)信号の品質が、予め定義された閾値とまだ合致しておらず、第2のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号の、第2の予め定義された閾値との比較が、実行される可能性があると仮定する。ここで、X1によって表記される取得された光電式容積脈波(PPG)信号係数が-0.22518であり、Y1によって表記される予め定義された閾値が-1.0769である場合、誤差は、0.7254269584である。これは受け入れられ得る閾値に合致し、したがって、光電式容積脈波(PPG)信号品質が合致する。
Figure 2018183572
さらに、品質が予め定義された閾値に合致すると、PPG信号および関連する較正パラメータが、最適な性能のためにセンサー構成行列内で更新される。したがって、上述の値が、センサー構成行列に記憶され得る。
本開示の実施形態においては、実行された上述の比較に基づいて、光電式容積脈波(PPG)信号の品質が予め定義された閾値とまだ合致しない場合、光電式容積脈波(PPG)信号が予め定義された品質の閾値と合致するまで、上述のステップが、すべての光電式容積脈波(PPG)センサーに関して繰り返され得る。ステップを繰り返した後に、較正のために利用可能なさらなるセンサーが存在する場合、第2のセンサーに関する光電式容積脈波(PPG)信号係数が取得され、予め定義されたテンプレートの閾値と比較される。信号品質が予め定義されたテンプレートの閾値と合致する場合、センサー構成行列が更新され得る。較正のために利用可能なさらなるセンサーが存在しない場合、較正パラメータが、定義された値によって必要に応じてインクリメントされ、品質の基準と合致するまで上と同じ方法で予め定義されたテンプレートの閾値と再び比較され得る。そして、光電式容積脈波(PPG)信号および関連する較正パラメータが、予め定義された品質の閾値に合致すると、最適な性能のためにセンサー構成行列内で更新され得る。光電式容積脈波(PPG)センサーおよびそのパラメータのうちの1つが選択されるが、センサー構成行列内のすべてのその他のセンサーは、電力消費を最大化するために利用されない。したがって、本開示は、この閉ループフィードバックシステムのおかげで、最適な光電式容積脈波(PPG)センサーの位置および全体的な性能を促進する。
本開示の実施形態によれば、table 4(表4-1、4-2)を参照すると、生のPPG信号からの、計算された信号が使用可能であるか否かの詳細な計算が、ここで考慮され得る。受け入れられ得る予め定義された閾値は、0.7であると再び仮定される可能性がある。
Figure 2018183572
Figure 2018183572
再びtable 4(表4)を参照すると、本開示がどのようにしてセンサーのアレーから最良のセンサーを選択し、動的なリアルタイムの信号品質の検証を実行するかが、今や理解され得る。2つの波長、すなわち、赤および緑が、現在の設定を変更することなく同じユーザに適用される。列Bに示されるように係数を決定するために、生のPPG信号に対してウェーブレット変換が適用される。そして、PPG信号にガウス近似を適用し、それから、これらの近似されたPPG信号にウェーブレット分解を適用することによって、参照されるPPG信号が取得され得る。参照される係数が、列Cに示され、これらは、特定のユーザの特徴としてシステム100のメモリ102にさらに記憶され得る。そして、参照されるPPG信号と獲得されたまたは測定されたPPG信号との間の誤差が、列Dに示されるように計算され得る。誤差は、すべての重みが1に等しいようにして1つまたは複数の2乗の加重和(SS)の方法/技術を使用して計算される。これは、ユークリッド距離が誤差の測定値として使用されるからである。本開示の実施形態において、2乗の和は、有効な誤差の測定値として使用され得る。したがって、列Dの誤差は、第1の行または値の第1の組を参照して(-17.573-(-21.069))^2 = 12.222016として計算され得る。残りの行または値の残りの組に関する列Dの誤差は、同じようにして計算され得る。
中間的な誤差の計算は、列Dの異なる係数の(参照されるPPG信号と測定されたまたは獲得されたPPG信号との間で計算される)平均誤差として計算され得る。したがって、緑の波長のPPGセンサーに関して、列Dの初めの5つの係数の平均誤差が、252.48254266として計算され得る。同様に、列Dの次の5つの係数および最後の10個の係数の平均誤差が、それぞれ、3.8991914071および0.4890008229として計算され得る。赤の波長のPPGセンサーに関して、列Dの初めの5つの係数の平均誤差が、318.4625226531として計算され得る。同様に、列Dの次の5つの係数および最後の10個の係数の平均誤差が、それぞれ、1.5279009339および6.3123219301として計算され得る。本発明の実施形態によれば、table 4(表4)を参照すると、両方のセンサー(緑および赤)に関する基準信号に関連する推定された閾値が、それから、近似されたPPG信号を得るために列Bの生のPPG信号に対して離散ウェーブレット変換技術を使用して計算され得る。したがって、離散ウェーブレット変換を使用して、緑の波長のPPGセンサーに関する推定された閾値は、0.3036216903であり、赤の波長に関する推定された閾値は、0.8847139775である。受け入れられ得る予め定義された閾値は、上述のように0.7である。緑の波長のPPGセンサーに関して、推定された誤差の閾値は、0.3036216903であり、0.7である予め定義された誤差の閾値未満であり、したがって受け入れられ得ることが、観測される可能性がある。赤の波長に関して、推定された誤差の閾値は0.8847139775であり、0.7である予め定義された閾値よりも大きく、したがって、受け入れられ得ない。
ゆえに、本開示は、センサーのアレーから最良のセンサーを選択することによって自律的で適応的なセンサー較正を容易にし、単一の波長ではなく複数の波長を実装し、その結果、ユーザのための最適な設定が、記憶され得る。再びtable 4(表4)を参照すると、赤の波長が特定のユーザのために選択されない場合、これが、システム100のメモリ102に記憶される可能性があり、その結果、システム100は、現在の設定もしくは較正パラメータを増やすか、または次にユーザがウェアラブルデバイスを身につけるときに緑の波長を選択する。したがって、本開示は、リアルタイムフィードバックを容易にする。
本開示の実施形態によれば、光電式容積脈波(PPG)信号の検証が、光電式容積脈波(PPG)信号品質検証アルゴリズムによって実行される。光電式容積脈波(PPG)信号検証技術の詳細が、ここで考慮され得る。波長分解が、実施され、そして、下で検討される基準光電式容積脈波(PPG)信号の係数が、検証のために光電式容積脈波(PPG)センサーからの測定されたまたは獲得された光電式容積脈波(PPG)信号の係数と比較され得る。測定されたまたは獲得された光電式容積脈波(PPG)信号の係数と参照される光電式容積脈波(PPG)信号の係数との間の誤差が、さらに計算され得る。
光電式容積脈波(PPG)信号のガウス近似が、参照される光電式容積脈波(PPG)信号の係数を計算するために以下のようにして始めに実行され得る。
基準信号がRPPG(t)と表記されるものとする。
RPPG(t) = A * f1(t) + B * f2(t)
f1(t)およびf2(t)は、ガウス基底である。AおよびBは、チューニングされる必要があるパラメータである。誤差の残差が、次のように定義される。
E = RPPG(t) - (A * f1(t) + B * f2(t))
AおよびBは、上で計算された誤差の残差のRMSを最小化することによって選択される。したがって、参照される光電式容積脈波(PPG)信号が、次のようにガウス近似によって表され得る。
A * f1(t) + B * f2(t)
それから、波長分解が、参照される光電式容積脈波(PPG)信号のウェーブレット係数を計算するために上述の近似された参照される光電式容積脈波(PPG)信号に適用される可能性があり、計算された波長の係数が、将来参照するために上のシステム102のメモリ106にさらに記憶される可能性がある。
測定されたまたは獲得された光電式容積脈波(PPG)信号係数が、光電式容積脈波(PPG)センサーから上で得られた光電式容積脈波(PPG)信号に動的時間伸縮アルゴリズムを適用することによって計算され得る。そして、ガウス近似が、時間伸縮された光電式容積脈波(PPG)信号を2つのガウス関数の和に分解するために適用され得る。離散波長変換が、ウェーブレット係数を計算するためにこれらの近似された光電式容積脈波(PPG)信号にさらに適用され得る。
そして、測定されたまたは獲得された光電式容積脈波(PPG)信号および参照される光電式容積脈波(PPG)信号の計算された係数が、比較され得る。測定されたまたは獲得された光電式容積脈波(PPG)信号の係数と参照される光電式容積脈波(PPG)信号の係数との間の誤差が、2乗の加重和(SS)を使用してさらに計算され得る。係数に関する重みは、下のTable 5(表5)のように記述され得る。
Figure 2018183572
正規化された誤差が予め定義された閾値未満であるとき、光電式容積脈波(PPG)信号が、最終的に受け入れられ得る。
本明細書は、当業者が実施形態を作成し、使用することを可能にするために本明細書の対象を説明する。対象の実施形態の範囲は、請求項によって定義され、当業者に想到されるその他の習性を含み得る。そのようなその他の修正は、請求項の文字通りの言葉とは異なる同様の要素を有する場合、または請求項の文字通りの言葉との本質的でない違いのある均等な要素を含む場合、請求項の範囲内にあるように意図される。
保護の範囲は、そのようなプログラムにまで拡張され、さらには、メッセージを有するコンピュータ可読手段にまで拡張される、そのようなコンピュータ可読ストレージ手段は、プログラムがサーバもしくはモバイルデバイスまたは任意の好適なプログラミング可能なデバイス上で実行されるとき、方法の1つまたは複数のステップの実施のためのプログラムコード手段を含むことを理解されたい。ハードウェアデバイスは、たとえば、サーバもしくはパーソナルコンピュータなどのような任意の種類のコンピュータ、またはそれらの任意の組合せを含む、プログラミングされ得る任意の種類のデバイスである可能性がある。デバイスは、たとえば、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレー(FPGA)のような、たとえば、ハードウェア手段、あるいはハードウェア手段およびソフトウェア手段の組合せ、たとえば、ASICおよびFPGA、または少なくとも1つのマイクロプロセッサおよびソフトウェアモジュールが置かれる少なくとも1つのメモリである可能性がある手段も含み得る。したがって、手段は、ハードウェア手段とソフトウェア手段との両方を含み得る。本明細書において説明される方法の実施形態は、ハードウェアおよびソフトウェアに実装される可能性がある。デバイスは、ソフトウェア手段を含む可能性もある。代替的に、実施形態は、たとえば、複数のCPUを使用して異なるハードウェアデバイスに実装される可能性がある。
本明細書の実施形態は、ハードウェア要素およびソフトウェア要素を含み得る。ソフトウェアに実装される実施形態は、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含むがこれらに限定されない。本明細書において説明された様々なモジュールによって実行される機能は、その他のモジュールまたはその他のモジュールの組合せに実装される可能性がある。この説明の目的で、コンピュータが使用可能なまたはコンピュータが読み取り可能な媒体は、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによるかまたは命令実行システム、装置、もしくはデバイスに関連する使用のためにプログラムを含むか、記憶するか、伝達するか、伝播するか、または転送する可能性がある任意の装置である可能性がある。
示されたステップは示された例示的な実施形態を説明するために提示され、今起こっている技術の発達が特定の機能が実行される方法を変えることは織り込まれているはずである。これらの例は、本明細書において、限定ではなく例示を目的として提示されている。さらに、機能の基本構成要素の境界は、説明の都合上、本明細書において任意に定義された。規定された機能およびそれらの関係が適切に実行される限り、代替的な境界が定義され得る。(本明細書において説明された例の均等物、拡張、変更、逸脱などを含む)代替形態は、本明細書に含まれる教示に基づいて当業者に明らかになるであろう。そのような代替形態は、開示された実施形態の範囲および精神の範疇に入る。また、語「含む(comprising)」、「有する(having)」、「含む(containing)」、および「含む(including)」、ならびにその他の同様の形は、意味的に等価であり、これらの語のいずれか1つに続く1つのものまたは複数のものがそのような1つのものもしくは複数のものの網羅的なリストであるように意図されておらず、または限られた1つのものもしくは複数のもののみに限定されるように意図されていないという点で非制限的であるように意図されている。本明細書において使用されるときおよび添付の請求項において、単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈がそうでないことをはっきりと示さない限り複数の参照も含むことにも留意されたい。
さらに、1つまたは複数のコンピュータ可読ストレージ媒体が、本開示に合致する実施形態を実装する際に利用され得る。コンピュータ可読ストレージ媒体は、プロセッサによって読み取り可能な情報またはデータが記憶され得る任意の種類の物理的なメモリを指す。したがって、コンピュータ可読ストレージ媒体は、本明細書において説明された実施形態に合致するステップまたは段階をプロセッサに実行させるための命令を含む、1つまたは複数のプロセッサによって実行するための命令を記憶し得る。用語「コンピュータ可読媒体」は、有形のものを含み、搬送波および過渡信号を除外する、つまり、非一時的であると理解されるべきである。例は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み出し専用メモリ(ROM)、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ハードドライブ、CD ROM、DVD、BLU-RAY、フラッシュドライブ、ディスク、および任意のその他の知られている物理ストレージ媒体を含む。
本開示および例は例示的であるに過ぎないとみなされることが意図され、開示された実施形態の真の範囲および精神は、以下の請求項によって示される。
100 システム
102 データストレージデバイスまたはメモリ
104 プロセッサ
106 通信インターフェースデバイスまたは入力/出力(I/O)インターフェース
PPG1 PPGセンサー
PPG2 PPGセンサー
優先権の主張
本出願は、2017年4月25日に出願したインド特許出願第201721014655号の優先権を主張するものであり、このインド特許出願の完全な開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、概して、較正技術に関し、より詳細には、適応的なセンサー較正のためのシステムおよび方法に関する。
本明細書の別の実施形態は、1つまたは複数のハードウェアプロセッサによって実行されるときに、第1のセンサーの較正パラメータの組に関する初期値を取得する行為と、初期値に基づいて、第1のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号の、予め定義された閾値との比較を実行する行為であって、PPG信号の出力が、対象に置かれた第1のセンサーの位置に基づくことを特徴とする、行為と、比較に基づいて、(i)センサー構成行列内の較正パラメータを更新すること、(ii)予め定義された値だけ較正パラメータの組の値をインクリメントし、インクリメントされた値に基づいて、第1のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号の出力の、第1の予め定義された閾値との比較を実行することであって、PPG信号の出力が、対象に置かれた第1のセンサーの位置に基づくことを特徴とする、インクリメントし、実行すること、および(iii)第2のセンサーの較正パラメータの組に関する初期値をセンサー構成行列から取得し、第2のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号の、第2の予め定義された閾値との比較を実行し、ステップ(i)〜(iii)を繰り返すことであって、PPG信号の出力が、対象に置かれた第2のセンサーの位置に基づくことを特徴とする、取得し、実行し、繰り返すことのうちの少なくとも1つを実行する行為と、対象のためにセンサー構成行列から各センサーに関する更新された情報を含むレポートを生成する行為を実行する1つまたは複数の命令を含む1つまたは複数の非一時的機械可読情報ストレージ媒体を提供する。
上述の概説的な説明と以下の詳細な説明との両方は例示的および説明的であるに過ぎず、特許請求の範囲に記載された本開示を限定するものではないことを理解されたい。

Claims (12)

  1. 第1のセンサーの較正パラメータの組に関する初期値をセンサー構成行列から取得するステップと、
    前記初期値に基づいて、前記第1のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号の、予め定義された閾値との比較を実行するステップであって、前記PPG信号の出力が、対象に置かれた前記第1のセンサーの位置に基づくことを特徴とする、ステップと、
    前記比較に基づいて、
    (i)前記センサー構成行列内の前記較正パラメータを更新すること、
    (ii)予め定義された値だけ較正パラメータの前記組の値をインクリメントし、前記インクリメントされた値に基づいて、前記第1のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号の出力の、第1の予め定義された閾値との比較を実行することであって、前記PPG信号の前記出力が前記対象に置かれた前記第1のセンサーの位置に基づくことを特徴とする、インクリメントし、実行すること、および
    (iii)第2のセンサーの較正パラメータの組に関する初期値を前記センサー構成行列から取得し、前記第2のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号の、第2の予め定義された閾値との比較を実行し、ステップ(i)〜(iii)を繰り返すことであって、前記PPG信号の前記出力が前記対象に置かれた前記第2のセンサーの位置に基づくことを特徴とする、取得し、実行し、繰り返すこと
    のうちの少なくとも1つを実行するステップと、
    前記対象のために前記センサー構成行列から各センサーに関する更新された情報を含むレポートを生成するステップと
    を含む、プロセッサによって実施される方法。
  2. 前記PPG信号の前記出力および前記センサー構成行列内の関連する較正パラメータを更新する前記ステップが、前記PPG信号の前記出力が前記予め定義された閾値と合致するときに前記センサー構成行列を更新することを含む、請求項1に記載のプロセッサによって実施される方法。
  3. 予め定義された値だけ較正パラメータの前記組の値をインクリメントする前記ステップが、インクリメントされた値が較正パラメータの前記組に関連する最大の許容される値に達するまで値をインクリメントすることを含む、請求項1に記載のプロセッサによって実施される方法。
  4. 前記第1の予め定義された閾値および前記第2の予め定義された閾値が同一である、請求項1に記載のプロセッサによって実施される方法。
  5. 前記第1の予め定義された閾値および前記第2の予め定義された閾値が互いに異なる、請求項1に記載のプロセッサによって実施される方法。
  6. 前記第1の予め定義された閾値および前記第2の予め定義された閾値が、前記第1のセンサーおよび前記第2のセンサーの各々に関する較正パラメータの前記組の選択に基づく、請求項1に記載のプロセッサによって実施される方法。
  7. 命令を記憶するメモリと、
    1つまたは複数の通信インターフェースと、
    前記1つまたは複数の通信インターフェースを介して前記メモリに結合された1つまたは複数のハードウェアプロセッサとを含み、前記1つまたは複数のハードウェアプロセッサが、
    第1のセンサーの較正パラメータの組に関する初期値を取得すること、
    前記初期値に基づいて、前記第1のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号の、予め定義された閾値との比較を実行することであって、前記PPG信号の出力が、対象に置かれた前記第1のセンサーの位置に基づくことを特徴とする、実行すること、
    前記比較に基づいて、
    (i)前記センサー構成行列内の前記較正パラメータを更新すること、
    (ii)予め定義された値だけ較正パラメータの前記組の値をインクリメントし、前記インクリメントされた値に基づいて、前記第1のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号の出力の、第1の予め定義された閾値との比較を実行することであって、前記PPG信号の前記出力が前記対象に置かれた前記第1のセンサーの位置に基づくことを特徴とする、インクリメントし、実行すること、および
    (iii)第2のセンサーの較正パラメータの組に関する初期値を前記センサー構成行列から取得し、前記第2のセンサーによって取り込まれた光電式容積脈波(PPG)信号の、第2の予め定義された閾値との比較を実行し、ステップ(i)〜(iii)を繰り返すことであって、前記PPG信号の前記出力が前記対象に置かれた前記第2のセンサーの位置に基づくことを特徴とする、取得し、実行し、繰り返すこと
    のうちの少なくとも1つを実行すること、ならびに
    前記対象のために前記センサー構成行列から各センサーに関する更新された情報を含むレポートを生成することを行うように前記命令によって設定される、システム。
  8. 前記1つまたは複数のハードウェアプロセッサが、前記PPG信号の前記出力および前記センサー構成行列内の関連する較正パラメータを更新し、前記PPG信号の前記出力が前記予め定義された閾値と合致するときに前記センサー構成行列を更新するようにさらに構成される、請求項7に記載のシステム。
  9. 前記1つまたは複数のハードウェアプロセッサが、インクリメントされた値が較正パラメータの前記組に関連する最大の許容される値に達するまで予め定義された値だけ較正パラメータの前記組の値をインクリメントするようにさらに構成される、請求項7に記載のシステム。
  10. 前記第1の予め定義された閾値および前記第2の予め定義された閾値が同一である、請求項7に記載のシステム。
  11. 前記第1の予め定義された閾値および前記第2の予め定義された閾値が互いに異なる、請求項7に記載のシステム。
  12. 前記第1の予め定義された閾値および前記第2の予め定義された閾値が、前記第1のセンサーおよび前記第2のセンサーの各々に関する較正パラメータの前記組の選択に基づく、請求項7に記載のシステム。
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