專利名稱：可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)谋銛y式保健監(jiān)測裝置及其補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種便攜式醫(yī)療器械，尤指一種可對(duì)待測者的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)谋銛y式保健監(jiān)測裝置，及其對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒ā?br> 背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的日益提高，各種電子產(chǎn)品逐漸在人們的日常生活中扮演著越來越重要的角色。各種便攜式保健檢測設(shè)備的出現(xiàn)，更是大大方便了人們對(duì)自己身體狀況的隨時(shí)監(jiān)控。例如，現(xiàn)今市面上的電子式血壓計(jì)、電子式體溫計(jì)、脈搏儀等等，可以使得人們不再需要去醫(yī)院而可以隨時(shí)隨地地檢查自己的身體狀況。最近，得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，可佩戴式保健儀的發(fā)展一日千里，其可方便地測量各種生命信息，例如脈搏、心率、體溫、血壓和血糖值等等。所有這些測量均是通過非介入的方式來進(jìn)行的。其所具備的可佩戴性和體積小的特性代表著便攜式保健檢測設(shè)備的發(fā)展趨勢。
人們?cè)卺t(yī)院使用傳統(tǒng)的生物醫(yī)學(xué)測量儀器時(shí)，待測者通常在測試過程中必須保持靜止的狀態(tài)。因?yàn)榇郎y者的運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致測量儀器的噪聲信號(hào)和不可恢復(fù)的錯(cuò)誤。而在使用上述便攜式保健檢測設(shè)備時(shí)，待測者可能會(huì)處于各種各樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中，運(yùn)動(dòng)對(duì)該便攜式保健檢測設(shè)備的影響會(huì)更加嚴(yán)重。這是因?yàn)榇蟛糠中畔⒍际峭ㄟ^使用松散接觸的傳感器(例如，紅外檢測器)，而不是緊密接觸傳感器(例如腦電圖和心電圖中的電極)來進(jìn)行測量的。這些松散接觸的傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)干擾更加敏感。在測量過程中，作為主要噪聲源的運(yùn)動(dòng)干擾會(huì)極大地影響設(shè)備的靈敏度和精度。因此，如何補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)對(duì)測量結(jié)果的影響，在便攜式保健監(jiān)測裝置中顯得尤為重要和迫切。
在目前的保健檢測設(shè)備中，其并不是為了可攜帶和可佩戴而特別設(shè)計(jì)的。不具有任何運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償功能。這限制了該檢測裝置的應(yīng)用，并降低了檢測精度。隨著便攜式和佩戴式的保健設(shè)備的發(fā)展，越來越需要在該設(shè)備中集成運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)墓δ堋?br> 一些科研小組試圖通過改進(jìn)生物傳感器來補(bǔ)償該運(yùn)動(dòng)干擾。例如，MIT的科研小組使用雙環(huán)路技術(shù)來降低使用紅外的、用于脈搏測量的環(huán)路傳感器中的運(yùn)動(dòng)干擾。然而該傳感器的附加元件使得該設(shè)備體積變大，而在可佩戴式的生物傳感器中，傳感器的大小是至關(guān)重要的因素。
美國專利5,513,649公開了在腦電圖測試過程中，去除人體的運(yùn)動(dòng)和眼部運(yùn)動(dòng)形成的干擾的一種裝置和方法。該裝置通過設(shè)置一自適應(yīng)濾波器和一加法器將來自人體運(yùn)動(dòng)的干擾信號(hào)去除。該自適應(yīng)濾波器可以由計(jì)算機(jī)中的軟件實(shí)現(xiàn)，也可由硬件電路來實(shí)現(xiàn)。上述裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本昂貴，不能適用于體積較小的便攜式保健監(jiān)測裝置。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種可對(duì)待測者的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)谋銛y式保健監(jiān)測裝置和對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?，從而提高測試數(shù)據(jù)的精度。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)谋銛y式保健監(jiān)測裝置，其中，包括一運(yùn)動(dòng)傳感器，用于感測被測者的運(yùn)動(dòng)信號(hào)；一生物傳感器，用于檢測被測者的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)；一運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊，與該運(yùn)動(dòng)傳感器和該生物傳感器耦接，用于當(dāng)該運(yùn)動(dòng)傳感器感測到的該運(yùn)動(dòng)信號(hào)小于一門限值時(shí)，通過該運(yùn)動(dòng)信號(hào)對(duì)該生物醫(yī)學(xué)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，并將補(bǔ)償后的信號(hào)值作為該裝置的輸出，同時(shí)緩存該輸出值；當(dāng)該運(yùn)動(dòng)傳感器感測到的運(yùn)動(dòng)信號(hào)大于一門限值時(shí)，將該緩存的輸出值作為該便攜式保健監(jiān)測裝置的輸出值。
本發(fā)明提供了一種使用醫(yī)學(xué)傳感器的便攜式保健檢測設(shè)備，其可去除由于運(yùn)動(dòng)干擾(motion artifact)引起的噪聲，及對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，及其運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒?。該運(yùn)動(dòng)信息由該裝置的運(yùn)動(dòng)傳感器來檢測，并作為參考信號(hào)。該參考信號(hào)分為飽和參考信號(hào)或非飽和參考信號(hào)，以不同的方式對(duì)其進(jìn)行處理。使用一緩存的輸出信號(hào)來代替該飽和的輸入信號(hào)，并使用一自適應(yīng)數(shù)字濾波器來增強(qiáng)該非飽和輸入信號(hào)。
本發(fā)明還提供了一種對(duì)便攜式保健監(jiān)測裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒?，包括如下步驟在該保健檢測裝置中設(shè)置一運(yùn)動(dòng)傳感器和一生物傳感器，同時(shí)感測被測者的運(yùn)動(dòng)信號(hào)和生物醫(yī)學(xué)信號(hào)；將該運(yùn)動(dòng)傳感器感測到的運(yùn)動(dòng)信號(hào)與一預(yù)設(shè)的門限值進(jìn)行比較，當(dāng)該運(yùn)動(dòng)信號(hào)小于該門限值時(shí)，通過該運(yùn)動(dòng)信號(hào)對(duì)該生物醫(yī)學(xué)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，并將補(bǔ)償后的信號(hào)值作為該裝置的輸出，同時(shí)緩存裝置的輸出值；當(dāng)該運(yùn)動(dòng)信號(hào)大于該門限值時(shí)，將該緩存的輸出值作為該裝置的輸出值。
本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明提供了一種為該便攜式保健檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)獲取進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒?。其設(shè)計(jì)為可降低或去除可佩戴式的檢測裝置在心率和血壓的檢測過程中的運(yùn)動(dòng)干擾(motion artifact)。由于該便攜式和可佩戴式檢測裝置本身的特點(diǎn)，其非常容易受到被測者運(yùn)動(dòng)的干擾。在將來，本發(fā)明提供的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法可被用于所有其它易于受到運(yùn)動(dòng)干擾的便攜式和佩戴式的檢測裝置中。由于該佩戴式保健檢測設(shè)備將是未來發(fā)展的趨勢，并且其將會(huì)被集成到諸如移動(dòng)電話和PDA的移動(dòng)電子設(shè)備中，所以本發(fā)明提供的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法會(huì)有很大的市場需求。
由本發(fā)明的方案，被測者是否進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)可通過來自運(yùn)動(dòng)傳感器，例如加速度計(jì)的信號(hào)來確定，其將該加速度計(jì)的輸出信號(hào)用于主動(dòng)地去除運(yùn)動(dòng)干擾，并且，本發(fā)明提供了一緩存的反饋信號(hào)，其與該運(yùn)動(dòng)檢測一道，提供了一穩(wěn)定和精確的輸出。
除了運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，該方法還使得裝置產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出。這有助于該保健檢測設(shè)備的輸出讀數(shù)不受錯(cuò)誤的侵?jǐn)_。其結(jié)果是，可總體上增加該健康測試記錄的精度。這有助于查看該健康記錄的醫(yī)護(hù)人員，確定非正常的輸出是由于健康原因造成的，還是僅僅是一個(gè)測試錯(cuò)誤。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。


圖1是本發(fā)明便攜式保健檢測設(shè)備的自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方案的系統(tǒng)方框圖；圖2是圖1中的自適應(yīng)濾波器的工作原理局部圖；圖3是顯示了沒有運(yùn)動(dòng)干擾的原始的心臟脈沖數(shù)據(jù)(用紅外傳感器在手指表面檢測得到)的曲線圖，該加速度計(jì)的輸出幾乎保持常值；圖4示出了該運(yùn)動(dòng)傳感器和該生物醫(yī)學(xué)傳感器中采集到的信號(hào)，其中前半段沒有運(yùn)動(dòng)發(fā)生，后半段有輕微的運(yùn)動(dòng)；
圖5示出了該運(yùn)動(dòng)傳感器和該生物醫(yī)學(xué)傳感器中采集到的信號(hào)，其中前半段沒有運(yùn)動(dòng)發(fā)生，后半段有劇烈的運(yùn)動(dòng)。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，是本發(fā)明的可對(duì)待測者的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)谋銛y式保健監(jiān)測裝置中有關(guān)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償部分的原理框圖。在該方案中，在該裝置中分別設(shè)置有一運(yùn)動(dòng)傳感器5與生物傳感器1，用以同時(shí)地采集所需的運(yùn)動(dòng)信號(hào)和生物醫(yī)學(xué)信號(hào)。可以使用各種運(yùn)動(dòng)傳感器，包括加速度計(jì)、陀螺儀、角加速度計(jì)和光學(xué)運(yùn)動(dòng)傳感器等等。在圖1示出的實(shí)施例中，采用了加速度計(jì)。加速度計(jì)廣泛用于車輛動(dòng)態(tài)控制、電子底盤控制、警報(bào)和運(yùn)動(dòng)檢測、導(dǎo)航和平臺(tái)穩(wěn)定。在保健和安全領(lǐng)域中，其僅是用于運(yùn)動(dòng)，墜落或跌倒的檢測。本發(fā)明的方法拓展了該加速度計(jì)的應(yīng)用范圍。而該生物傳感器1則可以是光學(xué)傳感器、紅外線傳感器、聲傳感器、超聲傳感器、血壓傳感器、心率傳感器、心音傳感器、血糖傳感器、血氧傳感器、血流傳感器、呼吸傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等等。該上述兩種信號(hào)分別根據(jù)其自身的特點(diǎn)，由模擬濾波器2(6)和放大器3(7)作進(jìn)一步處理。由于生物信號(hào)的電平通常較低，它會(huì)被濾波后進(jìn)一步放大到所需的頻率范圍和一定的電平值，便于進(jìn)一步處理。采集到的模擬信號(hào)需要通過AD轉(zhuǎn)換器4，8將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以便于下一步驟的處理。
如圖1所示，該裝置還包括一運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊14，其與該運(yùn)動(dòng)傳感器5和生物傳感器1相連，分別接收采集到的運(yùn)動(dòng)信號(hào)22和生物醫(yī)學(xué)信號(hào)18，并對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償處理后，形成裝置的輸出27。
運(yùn)動(dòng)傳感器5在本實(shí)施例中為一加速度計(jì)，其根據(jù)動(dòng)態(tài)加速度(例如，振動(dòng))和靜態(tài)加速度(例如，重力)提供一模擬輸出。如果沒有加速度，該加速度計(jì)的輸出將保持常值，如圖3所示。該運(yùn)動(dòng)信號(hào)可通過一A/D轉(zhuǎn)換器8進(jìn)行數(shù)字化，數(shù)字化后的信號(hào)22輸入到該運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊14中。
如圖1所示，該運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊14進(jìn)一步包括一運(yùn)動(dòng)門限判定電路9、一自適應(yīng)濾波器10、一減法器12、一加法器13、一緩存器11和兩個(gè)加權(quán)器29和30。
該運(yùn)動(dòng)門限判定電路9可將經(jīng)數(shù)字化的運(yùn)動(dòng)信號(hào)22與一門限值進(jìn)行比較?；谠撨\(yùn)動(dòng)信號(hào)的量值，該運(yùn)動(dòng)信號(hào)被分為飽和信號(hào)或非飽和信號(hào)，大于該門限值的運(yùn)動(dòng)信號(hào)為飽和信號(hào)，小于該門限值的運(yùn)動(dòng)信號(hào)為非飽和信號(hào)。當(dāng)該運(yùn)動(dòng)信號(hào)小于該門限值時(shí)，輸出該非飽和運(yùn)動(dòng)信號(hào)24和一控制信號(hào)23，當(dāng)該運(yùn)動(dòng)信號(hào)大于該門限值時(shí)，僅輸出該控制信號(hào)23?？刂菩盘?hào)23的作用在下文說明。由于生物信號(hào)18波動(dòng)的振幅會(huì)隨著運(yùn)動(dòng)信號(hào)22的增大而增大，該門限值被設(shè)定為能夠引起該生物醫(yī)學(xué)信號(hào)飽和的最小的運(yùn)動(dòng)信號(hào)值。
下面結(jié)合圖2進(jìn)一步示出的該自適應(yīng)濾波器的工作過程，來說明該門限值的設(shè)定。如果沒有運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)信號(hào)會(huì)保持為一常值x0。當(dāng)有運(yùn)動(dòng)發(fā)生時(shí)，該運(yùn)動(dòng)信號(hào)xk會(huì)根據(jù)該運(yùn)動(dòng)的情況增大或減小。該生物醫(yī)學(xué)信號(hào)yk的幅值將決定于該運(yùn)動(dòng)信號(hào)的波動(dòng)的幅值(xk-x0)和該生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的真實(shí)值sk。即yk＝f(xk-x0)+sk。其中函數(shù)f取決于生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的種類，測量的位置以及用于獲取運(yùn)動(dòng)信號(hào)的傳感器的種類。
由上述可知，當(dāng)xk增大時(shí)，yk會(huì)隨之增大。直到xk增大到某一值xt，yk變得飽和。這時(shí)的xt就被設(shè)置為該運(yùn)動(dòng)門限值。
由圖2可以看出，該自適應(yīng)濾波器10包含兩個(gè)部分，一部分是具有可調(diào)節(jié)系數(shù)的數(shù)字濾波器，另一部分是用于調(diào)整或修改該濾波器的系數(shù)的自適應(yīng)算法。
如圖2所示，信號(hào)yk是被干擾了的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)，其包含想要的信號(hào)sk和噪聲nk兩部分，并且該兩部分沒有相關(guān)性。該運(yùn)動(dòng)信號(hào)xk是干擾的一個(gè)度量，其在一定程度上與該噪聲nk相關(guān)。在一般情況下，該噪聲nk會(huì)隨著該運(yùn)動(dòng)信號(hào)xk的增大而增大。
下面詳細(xì)論述本發(fā)明的裝置補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)信號(hào)的工作過程。
第一種情況，運(yùn)動(dòng)信號(hào)xk小于該運(yùn)動(dòng)門限值xt。此時(shí)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)為非飽和信號(hào)。該運(yùn)動(dòng)門限判定電路9輸出的非飽和信號(hào)24作為該自適應(yīng)濾波器10的輸入。如圖2所示，經(jīng)過自適應(yīng)濾波器10的濾波后，輸出運(yùn)動(dòng)估計(jì)值nk’，作為補(bǔ)償信號(hào)。該運(yùn)動(dòng)估計(jì)值nk’與該生物醫(yī)學(xué)信號(hào)yk中的噪聲nk相應(yīng)。所以，在該減法器12的作用下，可從包含噪聲的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)中減去該運(yùn)動(dòng)估計(jì)值nk’，從而得到只剩下想要信號(hào)分量的估計(jì)值sk’。也就是說，該想要信號(hào)的估計(jì)值sk’通過從該被干擾了的信號(hào)yk中減去該數(shù)字濾波器10的輸出nk’而得到，即sk’＝y(tǒng)k-nk’sk’＝sk+nk-nk’這樣，輸出信號(hào)sk’就消除了該運(yùn)動(dòng)分量(噪聲)，也就是補(bǔ)償了運(yùn)動(dòng)對(duì)測量結(jié)果的影響。
去除噪聲的主要目的是用于對(duì)該被干擾的信號(hào)中的噪聲進(jìn)行最優(yōu)的估計(jì)，并因此得到一該想要的信號(hào)的最優(yōu)化估計(jì)值。這是通過將該sk’作為反饋輸入到該數(shù)字濾波器10中，通過適當(dāng)?shù)淖赃m應(yīng)算法來調(diào)整該數(shù)字濾波器的系數(shù)，從而獲得適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償信號(hào)，將輸出信號(hào)sk’中的運(yùn)動(dòng)因素降到最小。由此可以看出，該輸出信號(hào)sk’有兩個(gè)作用1、作為想要數(shù)據(jù)的估計(jì)值；2、作為用于調(diào)整該濾波器系數(shù)的誤差信號(hào)。
由圖1也可以看到，補(bǔ)償后的輸出信號(hào)在反饋到自適應(yīng)濾波器的同時(shí)，會(huì)緩存到該緩存器11中。
該經(jīng)過補(bǔ)償后的生物信號(hào)26是作為系統(tǒng)的輸出27直接輸出的。這是通過將該設(shè)置在該加法器13和減法器12之間的第一加權(quán)器29的權(quán)重w0設(shè)置為1來實(shí)現(xiàn)的。與此同時(shí)，由于將設(shè)置在該加法器和該緩存器11之間的第二加權(quán)器30的權(quán)重w1設(shè)置為了0，所以位于該緩存器11中的緩存信號(hào)就不會(huì)被輸出。由圖1可以看出，該第一加權(quán)器和該第二加權(quán)器均接收該運(yùn)動(dòng)門限判定電路9輸出的控制信號(hào)23，在該控制信號(hào)23的作用下，可實(shí)現(xiàn)設(shè)置該第一和第二加權(quán)器的權(quán)重。
第二種情況，當(dāng)該運(yùn)動(dòng)信號(hào)xk大于該運(yùn)動(dòng)門限值xt時(shí)，該運(yùn)動(dòng)門限判定電路9判定該運(yùn)動(dòng)信號(hào)為飽和信號(hào)。這時(shí)，不能夠通過補(bǔ)償?shù)姆椒◤脑摪肼暤纳镝t(yī)學(xué)信號(hào)18中恢復(fù)出有意義的系統(tǒng)輸出。所以，該運(yùn)動(dòng)門限判定電路僅僅輸出該控制信號(hào)23，該自適應(yīng)濾波器10處于無效狀態(tài)。這時(shí)，在該控制信號(hào)23的作用下，該第二加權(quán)器30的權(quán)重w1設(shè)定為1，這樣就將預(yù)先存儲(chǔ)在該緩存器11中的緩存信號(hào)28作為裝置的輸出。與此同時(shí)，在該控制信號(hào)23的作用下，將該第一加權(quán)器29的權(quán)重w0設(shè)定為0，從而阻止該估計(jì)的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)26被輸出。由圖1看出，該緩存的信號(hào)28經(jīng)過該加法器13后作為裝置的輸出27。從而避免了輸出無意義的信號(hào)。如果所測量的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)是近似周期性的，比如脈搏信號(hào)，該緩存器11中預(yù)先存儲(chǔ)的緩存信號(hào)28將是一個(gè)完整周期的信號(hào)。當(dāng)上述的嚴(yán)重噪聲在某一個(gè)信號(hào)周期發(fā)生時(shí)，該緩存器11將逐點(diǎn)地輸出緩存的周期信號(hào)中對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的信號(hào)。如果嚴(yán)重噪聲發(fā)生的時(shí)間超出一個(gè)周期，那么這一輸出過程就會(huì)持續(xù)直到嚴(yán)重噪聲停止。
如果該生物醫(yī)學(xué)信號(hào)18在運(yùn)動(dòng)的作用下變得飽和，該自適應(yīng)濾波器10的輸出通過將該第一加權(quán)器29的權(quán)重w0設(shè)置為0而被阻塞。因此，該自適應(yīng)濾波器就不再有效，直到當(dāng)該運(yùn)動(dòng)信號(hào)22處于該運(yùn)動(dòng)門限值之下，系統(tǒng)恢復(fù)正常狀態(tài)時(shí)，該濾波器才再次生效。
綜上所述，本發(fā)明的補(bǔ)償方式有如下有益效果。如果被測者沒有運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)不顯著，運(yùn)動(dòng)信號(hào)將處于預(yù)設(shè)的門限之內(nèi)。該運(yùn)動(dòng)信號(hào)就會(huì)通過該自適應(yīng)濾波器10，該自適應(yīng)濾波器的輸出用于補(bǔ)償該被運(yùn)動(dòng)干擾了的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)，經(jīng)補(bǔ)償后的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)作為該生物信號(hào)27被輸出，同時(shí)被緩存器11緩存。如果被測者正在運(yùn)動(dòng)，并且運(yùn)動(dòng)信號(hào)超過了預(yù)設(shè)的門限值，該運(yùn)動(dòng)信號(hào)就是飽和的運(yùn)動(dòng)信號(hào)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)信號(hào)飽和時(shí)，受該運(yùn)動(dòng)的干擾，生物信號(hào)也處于飽和的狀態(tài)，原始的生物信號(hào)不能由該自適應(yīng)數(shù)字濾波器恢復(fù)。這時(shí)忽略該采集到的生物信號(hào)，系統(tǒng)輸出預(yù)先緩存的信號(hào)。直到被測者的運(yùn)動(dòng)減小，運(yùn)動(dòng)信號(hào)下降到該門限值以下時(shí)，系統(tǒng)才再次回復(fù)到正常的操作狀態(tài)。這樣，無論被測者進(jìn)行輕微的運(yùn)動(dòng)還是劇烈的運(yùn)動(dòng)，均能夠保證該裝置具有正常、精確的輸出值。
除了自適應(yīng)濾波器10之外，可使用不同的信號(hào)處理技術(shù)來自適應(yīng)地去除噪聲，其中包括模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
本系統(tǒng)的加法器和減法器可以由通用的數(shù)字電路或集成運(yùn)算放大器來構(gòu)成，而該第一加權(quán)器和第二加權(quán)器的加權(quán)值由于只有0和1兩種情形，所以可以用普通的模擬開關(guān)來構(gòu)成。
為了顯示本方法的可行性，構(gòu)建了一個(gè)系統(tǒng)原型。該原型是可佩戴式心率監(jiān)測器。其利用所謂的光學(xué)體積描記(photoplethysmography)的技術(shù)，使用紅外傳感器來測量心臟的脈沖。通過集成該加速度計(jì)的電路，可同時(shí)采集心臟脈沖信號(hào)(所需的輸出信號(hào))和運(yùn)動(dòng)信號(hào)。
圖3顯示了被測者沒有運(yùn)動(dòng)時(shí)的心臟脈沖信號(hào)。下面的波形是心臟脈沖的波形。其以穩(wěn)定的節(jié)奏恒定地前進(jìn)。由于沒有運(yùn)動(dòng)，該加速度計(jì)的輸出保持為接近于常值。其結(jié)果是，運(yùn)動(dòng)報(bào)警信號(hào)保持在低電平，該設(shè)備的輸出信號(hào)是精確地被測量的心臟脈沖信號(hào)。同時(shí)，系統(tǒng)輸出被臨時(shí)地緩存到一緩存器中，用于在運(yùn)動(dòng)發(fā)生時(shí)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。
圖4顯示了受運(yùn)動(dòng)輕度影響的心臟脈沖的波形。在輕度運(yùn)動(dòng)之前，由圖的前半段可以看出，該心臟脈沖的波形和該加速計(jì)的輸出信號(hào)是穩(wěn)定的，并與圖3所示類似。當(dāng)輕度運(yùn)動(dòng)發(fā)生時(shí)，加速度計(jì)的輸出會(huì)由于該運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化。與此同時(shí)，該心臟脈沖波形在該運(yùn)動(dòng)干擾作用下變得失真。這時(shí)，該實(shí)時(shí)的心臟脈沖波形將根據(jù)該輕度運(yùn)動(dòng)和該自適應(yīng)濾波器進(jìn)行濾波，將其結(jié)果以作為設(shè)備的輸出。因此可以在系統(tǒng)的輸出端補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)干擾。當(dāng)該輕度運(yùn)動(dòng)停止時(shí)，加速度計(jì)的輸出會(huì)回落到常值。該實(shí)時(shí)測量的心臟脈沖波形將作為系統(tǒng)的輸出，并如往常一樣緩存。
圖5顯示了受運(yùn)動(dòng)嚴(yán)重影響的心臟脈沖的波形。在劇烈運(yùn)動(dòng)之前，該心臟脈沖的波形和該加速計(jì)的輸出信號(hào)是穩(wěn)定的，并與圖3所示類似。當(dāng)劇烈運(yùn)動(dòng)發(fā)生時(shí)，加速度計(jì)的輸出會(huì)由于該運(yùn)動(dòng)而發(fā)生劇烈變化。與此同時(shí)，該心臟脈沖波形在該運(yùn)動(dòng)干擾作用下變得嚴(yán)重失真，其結(jié)果是，該實(shí)時(shí)的心臟脈沖波形將被該預(yù)存的心臟脈沖波形代替，以作為設(shè)備的輸出。因此可以在系統(tǒng)的輸出端屏蔽運(yùn)動(dòng)干擾。當(dāng)該運(yùn)動(dòng)停止時(shí)，加速度計(jì)的輸出會(huì)回落到常值。該實(shí)時(shí)測量的心臟脈沖波形將作為系統(tǒng)的輸出，并如往常一樣緩存。
權(quán)利要求
1.一種可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)谋銛y式保健監(jiān)測裝置，其特征在于，包括一運(yùn)動(dòng)傳感器(5)，用于感測被測者的運(yùn)動(dòng)信號(hào)；一生物傳感器(1)，用于檢測被測者的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)；一運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊(14)，與該運(yùn)動(dòng)傳感器和該生物傳感器耦接，用于當(dāng)該運(yùn)動(dòng)傳感器感測到的該運(yùn)動(dòng)信號(hào)小于一門限值時(shí)，通過該運(yùn)動(dòng)信號(hào)對(duì)該生物醫(yī)學(xué)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，并將補(bǔ)償后的信號(hào)值作為該裝置的輸出，同時(shí)緩存該輸出值；當(dāng)該運(yùn)動(dòng)傳感器感測到的運(yùn)動(dòng)信號(hào)大于一門限值時(shí)，將該緩存的輸出值作為該便攜式保健監(jiān)測裝置的輸出值。
2.如權(quán)利要求1所述的便攜式保健監(jiān)測裝置，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)傳感器為選自以下集合的其中之一加速度計(jì)、陀螺儀、角加速度計(jì)和光學(xué)運(yùn)動(dòng)傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的便攜式保健監(jiān)測裝置，其特征在于，所述生物傳感器為選自以下集合的其中之一光學(xué)傳感器、紅外線傳感器、聲傳感器、超聲傳感器、血壓傳感器、心率傳感器、心音傳感器、血糖傳感器、血氧傳感器、血流傳感器、呼吸傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器。
4.如權(quán)利要求1所述的便攜式保健監(jiān)測裝置，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊還包括一運(yùn)動(dòng)門限判定電路(9)、一自適應(yīng)濾波器(10)、一緩存器(11)、一減法器(12)和第一、第二加權(quán)器(29、30)，其中該運(yùn)動(dòng)門限判定電路(9)接收該運(yùn)動(dòng)傳感器輸出的該運(yùn)動(dòng)信號(hào)，并將其與該門限值進(jìn)行比較；當(dāng)該運(yùn)動(dòng)信號(hào)小于該門限值時(shí)，輸出一非飽和運(yùn)動(dòng)信號(hào)(24)和一控制信號(hào)(23)，當(dāng)該運(yùn)動(dòng)信號(hào)大于該門限值時(shí)，僅輸出該控制信號(hào)(23)；該自適應(yīng)濾波器(10)接收該運(yùn)動(dòng)門限判定電路輸出的該非飽和運(yùn)動(dòng)信號(hào)，并對(duì)該非飽和運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)濾波，得到一補(bǔ)償信號(hào)；該減法器(12)接收從該生物傳感器輸出的包含噪聲的該生物醫(yī)學(xué)信號(hào)和從該自適應(yīng)濾波器輸出的該補(bǔ)償信號(hào)，從該生物醫(yī)學(xué)信號(hào)中減去該補(bǔ)償信號(hào)，并將補(bǔ)償后的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)由該第一加權(quán)器輸出；同時(shí)將該輸出反饋輸入到該自適應(yīng)濾波器(10)中，并緩存到該緩存器(11)中；該第一加權(quán)器(29)和該第二加權(quán)器(30)接收該運(yùn)動(dòng)門限判定電路(9)輸出的該控制信號(hào)，使得該二加權(quán)器的加權(quán)值可在0和1之間切換，以切換輸出補(bǔ)償后的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)、該緩存器(11)緩存的輸出值。
5.如權(quán)利要求4所述的便攜式保健監(jiān)測裝置，其特征在于，所述的運(yùn)動(dòng)傳感器和生物傳感器分別與模擬濾波器(6，2)、放大器(7，3)和A/D轉(zhuǎn)換器(8，4)相連，以對(duì)采集到的信號(hào)作進(jìn)一步的處理。
6.如權(quán)利要求4所述的便攜式保健監(jiān)測裝置，其特征在于，該運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊還包括一加法器，其輸入端與該第一、二加權(quán)器相連，其輸出端即為該運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊的輸出端。
7.一種對(duì)便攜式保健監(jiān)測裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ涮卣髟谟?，包括如下步驟該保健檢測裝置中設(shè)置一運(yùn)動(dòng)傳感器和一生物傳感器，同時(shí)感測被測者的運(yùn)動(dòng)信號(hào)和生物醫(yī)學(xué)信號(hào)；將該運(yùn)動(dòng)傳感器感測到的運(yùn)動(dòng)信號(hào)與一預(yù)設(shè)的門限值進(jìn)行比較，當(dāng)該運(yùn)動(dòng)信號(hào)小于該門限值時(shí)，通過該運(yùn)動(dòng)信號(hào)對(duì)該生物醫(yī)學(xué)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，將補(bǔ)償后的信號(hào)值作為該裝置的輸出，同時(shí)緩存裝置的輸出值；當(dāng)該運(yùn)動(dòng)信號(hào)大于該門限值時(shí)，將該緩存的輸出值作為該裝置的輸出值。
8.如權(quán)利要求7所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ涮卣髟谟?，該運(yùn)動(dòng)信號(hào)與該門限值的比較結(jié)果包括非飽和運(yùn)動(dòng)信號(hào)和飽和信號(hào)；其中該非飽和運(yùn)動(dòng)信號(hào)為小于該門限值的運(yùn)動(dòng)信號(hào)；該飽和運(yùn)動(dòng)信號(hào)為大于該門限值的運(yùn)動(dòng)信號(hào)；其中通過該非飽和運(yùn)動(dòng)信號(hào)對(duì)該生物醫(yī)學(xué)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牟襟E包括，從該包含噪聲的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)中減去該非飽和運(yùn)動(dòng)信號(hào)經(jīng)自適應(yīng)濾波后得到的一補(bǔ)償信號(hào)。
9.如權(quán)利要求7所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ涮卣髟谟?，在?duì)該運(yùn)動(dòng)信號(hào)與該門限值進(jìn)行比較之前，還包括一信號(hào)預(yù)處理步驟，用于對(duì)該運(yùn)動(dòng)信號(hào)和生物醫(yī)學(xué)信號(hào)進(jìn)行模擬濾波、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換。
10.如權(quán)利要求8所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ涮卣髟谟?，?dāng)所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)為非飽和運(yùn)動(dòng)信號(hào)時(shí)，將補(bǔ)償后的信號(hào)值作為自適應(yīng)濾波的一反饋輸入，以得到準(zhǔn)確的該補(bǔ)償信號(hào)，并最終獲得精確的輸出值。
11.如權(quán)利要求7所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒?，其特征在于，所述門限值是能夠引起該生物醫(yī)學(xué)信號(hào)飽和的最小的運(yùn)動(dòng)信號(hào)值。
12.如權(quán)利要求7所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒?，其特征在于，如果生物醫(yī)學(xué)信號(hào)是近似周期性的，該緩存的輸出值將是一個(gè)完整周期的信號(hào)；當(dāng)該運(yùn)動(dòng)信號(hào)大于該門限值時(shí)，將逐點(diǎn)地輸出緩存的周期信號(hào)中對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的信號(hào)直到該運(yùn)動(dòng)信號(hào)小于該門限值；如果該運(yùn)動(dòng)信號(hào)大于該門限值的持續(xù)時(shí)間超出一個(gè)周期，那么這一輸出過程就會(huì)持續(xù)直到該運(yùn)動(dòng)信號(hào)小于該門限值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)谋銛y式保健監(jiān)測裝置，包括一運(yùn)動(dòng)傳感器(5)，用于感測被測者的運(yùn)動(dòng)信號(hào)；一生物傳感器(1)，用于檢測被測者的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)；一運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊(14)，與該運(yùn)動(dòng)傳感器和該生物傳感器耦接，用于當(dāng)該運(yùn)動(dòng)傳感器感測到的運(yùn)動(dòng)信號(hào)小于一門限值時(shí)，通過該運(yùn)動(dòng)信號(hào)對(duì)該生物醫(yī)學(xué)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，并將補(bǔ)償后的信號(hào)值作為該裝置的輸出，同時(shí)緩存該便攜式保健裝置的輸出值；當(dāng)該運(yùn)動(dòng)傳感器感測到的運(yùn)動(dòng)信號(hào)大于一門限值時(shí)，將該緩存的輸出值作為該便攜式保健監(jiān)測裝置的輸出值。本發(fā)明還提供了相應(yīng)于上述裝置的方法。
文檔編號(hào)A61B5/00GK1729933SQ20041005604
公開日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2004年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月5日
發(fā)明者鄭永平, 岑國榮, 麥福達(dá) 申請(qǐng)人:香港理工大學(xué)