本發(fā)明涉及用于測量用戶的心率的心率監(jiān)測器系統(tǒng)以及用于測量用戶的心率的方法。

背景技術(shù)：

EP 1 269 911A2公開一種用于從多個生理數(shù)據(jù)源選擇生理數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)包括若干傳感器以及選擇來自傳感器之一的測量結(jié)果并輸出各自的測量結(jié)果的選擇算法。第一傳感器測量生理性狀并且第二傳感器也將測量具有不同的生理特征的生理性狀。所述選擇算法選擇提供最適于輸出的心率的該生理數(shù)據(jù)。具體而言，來自具有最大準確性的那些傳感器的測量結(jié)果被選擇。

EP 2 520 222A1公開了一種生物信息處理設(shè)備。所述生物信息處理設(shè)備具有用于測量用戶的脈搏率的傳感器以及用于檢測用戶的運動的檢測器。估計單元被提供用于基于運動檢測器的測量結(jié)果來估計脈搏。只要脈搏率的測量結(jié)果是可能的，脈搏率傳感器的輸出就將被顯示。但是，如果所述測量結(jié)果是不可能的，則由估計單元確定的估計脈搏率將被顯示。

EP 2 116 183A1公開了一種魯棒的光電耳中定位的心血管監(jiān)測設(shè)備。所述設(shè)備包括基于用于測量第一心血管信號的PPG技術(shù)的第一傳感器以及基于用于測量第二心血管信號的心電描記術(shù)或阻抗心動描記術(shù)方法的至少第二心血管傳感器。所述設(shè)備還包括用于估計心血管傳感器信號的可靠性并且選擇心血管信號之一的處理模塊。

US 2012/0172684A1公開一種具有心率傳感器和運動傳感器的心率監(jiān)測器。所述運動傳感器用于檢測用戶的運動。所檢測的運動在時間上與來自心率傳感器的信號相關(guān)以提供補償信號，其中，由于運動造成的噪聲分布被減少。

例如借助于光學傳感器對用戶的心率的監(jiān)測是公知的。此處，光學傳感器將光發(fā)射到用戶的皮膚中。所發(fā)射的光在皮膚內(nèi)被散射并且反射光離開皮膚并被合適的傳感器捕獲?；诮邮盏膩碜詡鞲衅鞯男盘?，能夠確定用戶的心率。

心率傳感器例如已被用于健身應用。這些設(shè)備借助于胸帶或在用戶的腕部或前臂處監(jiān)測心率。當心率監(jiān)測傳感器也在用戶正在移動時被使用(尤其是對于健身應用)時，用戶的運動能夠在心率傳感器的測量結(jié)果中引入運動偽影。這些運動偽影可能被認為是心跳，使得心率傳感器能夠?qū)⑦@些運動偽影錯誤解釋為心跳，從而導致錯誤的心率。

EP 2 612 594A2公開一種采取腕表式設(shè)備形式的心率監(jiān)測器。所述心率監(jiān)測器包括用于檢測心率的光學傳感器、用于感測設(shè)備關(guān)于皮膚的位置的變化以便補償噪聲的運動傳感器。此外，提供加速度計以給出關(guān)于用戶關(guān)于用戶的心臟的運動的信息。心率Kalman濾波器被用于基于從多個傳感器獲得的信號來計算心率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種心率監(jiān)測器系統(tǒng)和對應的方法，其實現(xiàn)對用戶的實際心率的改進的準確性和更可靠的監(jiān)測。

在本發(fā)明的方面中，提供了一種心率監(jiān)測器系統(tǒng)，其具有用于測量或確定用戶的心率并且用于輸出輸出信號的至少一個初級光學心率傳感器。所述輸出信號至少基于所測量的心跳和/或偽影。所述心率監(jiān)測器系統(tǒng)還包括用于基于存儲在模型單元中的模型和從測量影響用戶的心率的至少一個生理因子的至少一個次級傳感器接收的信息估計或預測用戶的心率的模型單元。所述心率監(jiān)測器系統(tǒng)還包括處理單元，所述處理單元用于將從初級傳感器接收的輸出信號與從模型單元接收的估計或預測的心率相關(guān)，以區(qū)分測量的心跳與偽影。通過使用來自模型單元的估計或預測的心率，初級心率傳感器的輸出信號中的那些偽影被識別并被從輸出信號排除，使得能夠獲得基本上沒有任何偽影的用戶的實際心率。因此，心率監(jiān)測器系統(tǒng)是更魯棒且可靠的。作為模型單元的輸入，能夠使用來自測量影響用戶的心率的至少一個生理因子的次級傳感器的數(shù)據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明的另外的方面，所述偽影是至少一個初級傳感器與用戶之間的相對運動創(chuàng)建的運動偽影。通過從初級心率傳感器的輸出消除這些偽影，能夠?qū)⑿穆时O(jiān)測系統(tǒng)制作地更魯棒且更可靠。

根據(jù)本發(fā)明的另外的方面，所述初級傳感器是能夠任選地包括綠色發(fā)光二極管的光學傳感器。

根據(jù)本發(fā)明的另外的方面，影響由次級傳感器測量的心率的生理因子是用戶的呼吸、用戶的速度、用戶的加速度、用戶的皮膚上的濕度、用戶的高度和/或用戶的溫度。

這些生理因子能夠被用作模型單元的輸入以估計或預測用戶的準確的心率。

根據(jù)本發(fā)明的方面，該初級傳感器被布置在腕部設(shè)備、胸帶或配戴在用戶的耳后的設(shè)備中。

本發(fā)明還涉及監(jiān)測用戶的心率的方法。用戶的心率被測量或確定并且輸出信號被輸出，其中，輸出信號至少基于所測量的心跳和/或偽影?；诖鎯υ谀Ｐ蛦卧械哪Ｐ鸵约皬臏y量影響用戶的心率的至少一個生理因子的至少一個次級傳感器接收的信息來估計或預測用戶的心率。從初級傳感器接收的輸出信號與從模型單元接收的估計或預測的心率相關(guān)，以區(qū)分所測量的心跳與偽影。

在本發(fā)明的方面中，至少一個次級傳感器能夠關(guān)于心率監(jiān)測器系統(tǒng)是內(nèi)部或外部傳感器。換言之，初級傳感器和次級傳感器能夠被布置在單個殼體中或者至少一個第二傳感器能夠被布置在至少一個第一傳感器的殼體的外部。相應地，至少一個次級傳感器能夠被布置在第一傳感器附近或在另一位置處。根據(jù)本發(fā)明的方面，初級傳感器(例如，光學傳感器)被用于測量用戶的心率。次級傳感器被用于測量或確定影響用戶的心率的生理因子。

本發(fā)明還涉及用于在心率監(jiān)測器系統(tǒng)中監(jiān)測用戶的心率的計算機程序。所述計算機程序包括程序代碼單元，當所述計算機程序運行在控制心率監(jiān)測器系統(tǒng)的計算機上時，所述程序代碼單元用于令所述心率監(jiān)測器系統(tǒng)執(zhí)行監(jiān)測用戶的心率的方法的步驟。

本發(fā)明的這些和其他方面將根據(jù)下文描述的(一個或多個)實施例而顯而易見，并且將參考下文描述的(一個或多個)實施例得到闡述。

附圖說明

在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的心率監(jiān)測器系統(tǒng)的示意性框圖，

圖2示出了指示作為時間的函數(shù)的心率傳感器的輸出的曲線圖，

圖3示出了指示根據(jù)本發(fā)明的實施例的心率監(jiān)測方法的應用的示意性曲線圖，以及

圖4示出了指示根據(jù)本發(fā)明的實施例的隨時間的心率的曲線圖。

具體實施方式

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的心率監(jiān)測器系統(tǒng)的示意性框圖。心率監(jiān)測器系統(tǒng)100包括用于測量用戶的心率的至少一個初級傳感器110、用于測量或確定影響用戶的心率的至少一個生理因子的至少一個次級傳感器120。提供了處理單元131，其用于處理至少一個初級傳感器110的輸出HR以確定用戶的心率HR。任選地，所述心率監(jiān)測器系統(tǒng)能夠包括用于顯示心率的顯示器140和/或用于輸出所測量或確定的心率的輸出部150。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，心率監(jiān)測器系統(tǒng)100能夠任選地被布置在用戶的腕部處、用戶的前臂處或用戶的耳朵后面。

初級傳感器110能夠被實施為光學傳感器，其包括例如采取LED形式的光源，以用于產(chǎn)生人造光。光源將人造光發(fā)射到用戶的皮膚上。在皮膚內(nèi)，所發(fā)射的人造光被血管內(nèi)的血液部分地吸收，并且人造光能夠在整個皮膚上被散射并能夠被反射回到光電檢測器，所述光電檢測器也可以是光學傳感器110的一部分。所述光電檢測器正在檢測通過用戶的皮膚的反射光并且生成輸出信號。光學傳感器110的輸出信號HR能夠被轉(zhuǎn)發(fā)到處理單元131。任選地，處理單元131也能夠被布置在光學傳感器110中。處理單元131從光學傳感器110接收輸出信號HR并且基于初級傳感器110的輸出信號來確定用戶的脈搏速率或心率。

心率監(jiān)測器系統(tǒng)100還包括模型單元132。在模型單元132中，表示用戶的身體活動與用戶的心率之間的關(guān)系的模型被存儲。至少一個次級傳感器120向模型單元132輸出指示用戶的身體活動的信號126?；谟脩舻纳眢w活動或活動水平，心率HRM由模型單元132估計或預測。所估計的心率HRM被轉(zhuǎn)發(fā)給處理單元131，所述處理單元將所估計的心率HRM與來自初級傳感器110的輸出信號HR進行比較。如果來自初級傳感器110的輸出信號可以包括針對可能心率的若干候選(例如由于輸出信號中的偽影)，則處理單元131將針對心率的可能候選與所估計或預測的心率HRM進行比較并且選擇最好地對應于所預測或估計的心率的該心率。

模型單元132和/或處理單元131能夠被實現(xiàn)為微控制器或計算機130。

圖2示出了指示作為時間的函數(shù)的心率傳感器的輸出的曲線圖。在圖2中，描繪了作為時間的函數(shù)的心率傳感器(即初級傳感器)110的輸出信號HR。此處，若干峰能夠被示出在傳感器110的輸出信號HR中。然而，這些峰能夠涉及實際心跳、運動偽影或這些的組合。圖2具體地示出了在時域中的作為時間的函數(shù)的心率傳感器110的輸出信號HR的函數(shù)。具體而言，在心率傳感器的輸出信號中規(guī)則地出現(xiàn)的那些峰能夠?qū)谟脩舻男奶?。然后通過對一秒內(nèi)的脈搏(或心跳)的數(shù)量進行計數(shù)來確定實際心率。

然而，由于運動偽影，不僅與心跳有關(guān)的峰將出現(xiàn)而且運動偽影將出現(xiàn)。涉及運動偽影的那些峰的頻率能夠與運動(例如手臂在體育運動期間的運動)的頻率有關(guān)。尤其地，這種峰能夠被錯誤地視為與用戶的心跳相關(guān)的峰。因此，能夠出現(xiàn)如下情況：其中，輸出信號HR能夠包括針對心跳的不同候選并且因此不同的心率能夠存在于輸出信號中。

根據(jù)本發(fā)明的方面，能夠基于后續(xù)數(shù)據(jù)分段的自相關(guān)函數(shù)來執(zhí)行心率傳感器110的輸出信號HR的分析。此處，自相關(guān)函數(shù)的峰之一然后被選擇為與心跳有關(guān)并且因此能夠計算心率。由于存在運動偽影，對應于心跳的正確峰的選擇能夠是困難的，因為數(shù)據(jù)中能夠存在若干可能峰。最高峰也將對應于心跳的假設(shè)并不總是真的。

因此，由于存在心跳以及可能的運動偽影或其他偽影，若干峰能夠存在于心率傳感器110的輸出信號HR中。根據(jù)本發(fā)明的方面的心率系統(tǒng)現(xiàn)在確定如何從心率傳感器的輸出信號之中的多個可能峰中選擇對應于心跳的正確峰。

公知地，人的心率相關(guān)于若干因子，諸如用戶的身體狀況、運動速率、用戶的活動、用戶的情緒狀況以及內(nèi)部和外部因子。借助于次級傳感器120，能夠收集涉及對心率有影響的因子的信息。能夠由次級傳感器測量的生理因子是例如呼吸、用戶的速度、用戶的加速度、用戶的皮膚上的濕度、高度等。

根據(jù)本發(fā)明的方面的心率監(jiān)測系統(tǒng)使用這種相關(guān)性的知識，以創(chuàng)建用戶的心率的模型。關(guān)于活動水平的心率的模型能夠例如是下面的一階自回歸模型：

HR(t)＝HR₀+HR_A(t)

HR_A(t)＝α*HR_A(t-1)+β*A(t-1)

HR(t)對應于在時間點t處的心率。HR₀對應于休息時的心率。HR_A對應于活動對心率的貢獻。A(t)對應于在時間t處的用戶的活動水平。

兩個參數(shù)α、β能夠是固定的或者能夠根據(jù)用戶特異性參數(shù)、當前活動類型以及其他外部因子來調(diào)整。優(yōu)選地，在準確的心率測量是可能的時執(zhí)行兩個參數(shù)α、β的調(diào)整或校準。

圖3示出了指示根據(jù)本發(fā)明的方面的心率監(jiān)測方法的應用的示意圖。在圖3中，運動水平ML以及預測的心率HR被示出。在圖3中，也隨著時間描繪了作為隨時間的加速度A(g)的運動水平ML以及作為每分鐘跳動bpm的心率。

根據(jù)本發(fā)明的方面，次級傳感器120能夠被用于確定用戶的活動水平，使得基于該活動水平，模型單元132能夠估計或預測用戶的心率HRM。在一些情況下，如由模型單元132估計或預測的用戶的估計或預測的心率HRM能夠是準確的。然而，也可以存在其他情況，其中，上述結(jié)論不是真的并且預測的或估計的心率不對應于用戶的實際心率。應該注意，上面描述的模型僅僅是帶有局限性的簡單模型。特別地，基于對心率的預測的該模型的準確性基于用戶的運動和物理努力。另外，在例如腕部設(shè)備中具有例如僅運動傳感器或加速度傳感器并不實現(xiàn)用戶的物理努力的準確或直接的測量結(jié)果。例如，如由運動和/或加速度傳感器檢測的腕部的運動并不必然與指示用戶的物理努力的用戶運動相關(guān)。

根據(jù)本發(fā)明的方面，模型單元132的預測的或估計的心率HRM被用于驗證心率傳感器110的輸出HR。換言之，估計或預測的心率HRM被用于確定哪個心率是用戶的實際心率。因此，利用來自模型單元132的估計或預測的心率HRM，能夠消除不對應于實際心率而是相反例如對應于運動偽影等的那些可能心率。

圖4示出了指示根據(jù)本發(fā)明的實施例的隨時間的心率的曲線圖。在圖4中，示出了隨時間t的以每分鐘跳動為單位的三個不同的可能心率HR1、HR2、HR3。此外，也示出了隨時間的由模型單元132預測或估計的預測的或估計心率HRM。根據(jù)本發(fā)明的方面，將預測的或估計的心率HRM與三個可能心率HR1、HR2、HR3進行比較。在圖4中，也描繪了多個指針P，其基于指向最近候選(在這種情況下為心率HR1)的預測的或估計的心率HRM。相應地，利用來自預測或估計心率HRM的額外信息，心率監(jiān)測器系統(tǒng)能夠從一組不同的心率之中選擇正確的心率。

根據(jù)本發(fā)明的另外的方面，相機能夠被用作光學傳感器以確定心率。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，用戶可以使用健身設(shè)備，諸如跑步機、劃船機等。健身設(shè)備之中或之上的功率計能夠被用于確定用戶的實際活動水平。這種功率計能夠是安裝在體育館腳踏車上的測量用戶推動腳踏車的車輪的功率的傳感器。其也能夠是由跑步機測量的速度。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，能夠構(gòu)建該由設(shè)備所用的功率與心率之間的模型。這種模型可以提供作為功率的函數(shù)的心率的一些期望值。這些期望值之后可以被用于選擇心率候選。

如果在無需使用模型單元從一組可能心率之中選擇一個心率的情況下比較來自設(shè)備的光學傳感器的光學信號與光學傳感器的輸出，則能夠檢測到本發(fā)明的基本概念的使用。

根據(jù)本發(fā)明，初級傳感器能夠是光學傳感器，其例如能夠使用綠色發(fā)光二極管。根據(jù)本發(fā)明，次級傳感器能夠被定位在初級傳感器的近鄰中，但是也能夠被定位在不同位置處。

根據(jù)本發(fā)明的方面，次級傳感器120能夠是濕度傳感器121、高度計122、GPS傳感器123、加速度計124和/或壓力傳感器125。濕度傳感器121能夠被用于測量用戶的皮膚上的濕度。用戶的皮膚上的濕度能夠是指示用戶的情緒、生理狀況和心境變化的參數(shù)。高度計122能夠例如被用于確定用戶的高度。這可以給出用戶是否正在滑行、攀爬等的指示。GPS傳感器123能夠被用作速度傳感器，例如因此確定用戶是否正在騎腳踏車、賽跑等。

壓力傳感器125能夠是氣壓計，其也能夠被看做是高度計。當氣壓高時，可以存在以升高的心率來做出反應的人。

根據(jù)本發(fā)明的方面，心率監(jiān)測器系統(tǒng)包括模型單元132。次級傳感器120的輸出126由模型單元132接收，并且基于存儲在模型單元132中的模型，在來自次級傳感器120的信息的基礎(chǔ)上來預測或估計心率。

根據(jù)本發(fā)明，心率監(jiān)測器系統(tǒng)能夠具有容納初級傳感器110以及至少一個次級傳感器120的殼體。然而，備選地，次級傳感器120能夠被布置在初級傳感器110的殼體外部。例如，次級傳感器120中的一些可以是諸如智能手機等的外部設(shè)備的部分。次級傳感器120也可以被布置在身體的其他部分處，如初級傳感器110的殼體。

心率監(jiān)測器系統(tǒng)能夠被布置為腕部設(shè)備。心率監(jiān)測器系統(tǒng)也能夠被布置為佩戴在用戶的耳朵處或耳朵上的設(shè)備。心率監(jiān)測系統(tǒng)也可以是由用戶佩戴的眼鏡的部分。心率監(jiān)測器系統(tǒng)也可以是由用戶佩戴的助聽器的部分。

初級傳感器110能夠被實現(xiàn)光學傳感器、電學傳感器和/或壓力傳感器。次級傳感器能夠被實現(xiàn)為濕度傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、高度計等。優(yōu)選地，次級傳感器具有比初級傳感器的功耗更低的功耗。

通過研究附圖、公開內(nèi)容和權(quán)利要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實踐請求保護的發(fā)明時能夠理解并實現(xiàn)對公開的實施例的其他變型。

在權(quán)利要求書中，詞語“包括”不排除其他元件或步驟，并且詞語“一”或“一個”不排除多個。

單個單元或設(shè)備可以履行權(quán)利要求書中所記載的若干個項目的功能。盡管在互不相同的從屬權(quán)利要求中記載了特定措施，但是這并不指示不能有利地使用這些措施的組合。

計算機程序可以存儲和/或分布在適合的介質(zhì)上，例如與其他硬件一起被提供或作為其他硬件的部分被提供的光學存儲介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，但是計算機程序也可以以其他形式分布，例如經(jīng)由因特網(wǎng)或其他的有線或無線的電信系統(tǒng)分布。

權(quán)利要求書中的任何附圖標記都不應被解釋為對范圍的限制。